Выдержка из текста работы
В 1913 году ученые Модельштамп Папалекси, проверил опыты, которые показали что при крутильных колебаниях проволочной катушки вокруг своей оси возникает переменный ток.
Возникновение тока объяснялось энергией заряженных частиц, которые являются носителями тока в металле(проводнике).
При увеличении скорости вращения катушки эти частицы отставали от ионов кристаллической решетки металлов, а при уменьшении скорости опережали их.
Метталы обладают электроной проводимостью.
Основные представления электрической теории металлов сводятся к след-м положениям:
1) Металлы имеют кристаллическую решетку, в узлах которых находятся положительные ионы. Ионы не могут перемещается по кристаллу, они испытывают лишь некоторые колебания, около своих положений равновесия.
2) М-у узлами кристаллической решетки дви-ся свободные электроны(электроны проводимости).
3) При наличии внешнего электрического поля на хаотическое дви-ие свободных электронов, накладывается их направленное дви-ие, так называемый дрейф электронов в определенном направление. При этом движение каждого электрона, будет опреде-ся двумя факторами :
1) Действием внешнего эл. Поля.
2) Столкновением со встречными частицами.
Электроны движутся беспорядочно.
Условия необходимые для сущ–ия тока в проводнике:
1) Наличие свободные электронов.
2) Сила вызывающая их порядочное движение.
3) Наличие электрического поля.
Сила тока.
Силой тока называют физическую величину равную отношению, электрического заряда прошедшего через сечение проводника ко времени его прохождения.
I=q/t(Кл/с=А)
Сила тока измеряется амперметром. В схеме обозначается А . Включается последовательно.
I=q0*n*V*S, где q0— заряд одной частицы.
n-концентрация частиц
V- скорость
S- сечение проводника(площадь)
ɣ = I/S (А/м2), гамма – плотность тока.
ɣ= q0*n*V
Электрический ток, который с течением времени не меняется, называется ПОСТОЯНЫМ током.
В электрическом поле постоянного тока, скорость и напряжённость постоянные. Поэтому электрическое поле постоянного тока наз-ся стационарным.
Явление сверхпроводимости.
При дви-ие электронов в сверхпроводнике «+» ионы притягиваются к электрону, смещаясь от положения равновесия в его сторону, последующие кулоновское отталкивает + ионы приводит к распространению по решетке упругой волны.
Второй электрон находящийся достаточно далеко от 1-го, притягивает в его сторону смещаются на встречу +ым ионам решетки.
Эл.ток в сверхпроводнике обусловлен согласованным движением куперовских пар электронов.
Закон Ома для участка цепи.
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах проводниках и обратно пропорциональна его сопротивлению.
I=U/R.
Электрическая цепь сос-ит из внешней и внутренней частей сопротивлением внешним цепи называют внешнее сопротивлением, а сопротивлением внутренней части цепи – внутренним сопротивлением.
Их сумму наз-ют полным сопротивлением цепи.
Rn=R+r, где R- внешнее сопро-ие; r- внутреннее сопро-ие.
Постоянный тока в замкнутой цепи может поддерживаться полем, работа которого по траектории отлична от 0.
Поле способное компенсировать потери энергии вызванное выделением джоулевого тепла, называют сторонними силами.
Величина равная отношению работы сторонних сил по перемещению заряда вдоль цепи к величине этого заряда называют электродвижущей силой(ЭДС).
ЭДС=ε= Aсторонних сил/q.( Дж/Кл= В) в вольтах.
Закон Ома для полной цепи
Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи:
I=ЭДС/R+r.
1) R» r, то I=ЭДС/R
2) R> 0, то Iк.з= ЭДС/r
При ЭДС в несколько вольт и малом внутреннем сопротивлении, сила тока может оказаться большой, провода могут расплавиться и источники выйдут из строя.
Работа и мощность тока.
| Работа тока | Мощность тока |
| 1. A=IU t | Формула мощности: P=A/T |
| 2. A=U/R*U t= U2/R * t | 1. P=IU |
| 3. A=I*I*R* t= I2R t | 2. P=U2/R |
| A=Q | 3. P=I2R |
| 1. Q= I2R t – Джоуля-Ленца. | |
| 2. Q= U2/R * t |
Электрический ток в металлах.
При тепловом движение электроны испытывают соударения, т.к происходит взаимодействие с ионами кристаллической решетки.
Путь, проходимый электронами м-у двумя последовательными соударениями называют длинной свободного пробега.
При каждом соударение электроны полностью передает свою энергию ионам решетки.
Если по проводнику течет постоянный ток, то внутри проводника существует электрическое поле, напряженностью Е на каждыйй электрон(е) со стороны эл. Поля действует сила, F=е*Е, где е-заряд электрона.
Под действием этой силы электрон приобретает ускорение, m*a=е*Е. а=е*Е/m.
Электрический ток в газах.
При обычных условиях газы являются диэлектриками и следственно не проводят электрического тока они являются проводниками при каком-то внешнем воздействии, например : нагревании.
При обычных условиях газы состоят из нейтральных атомов при нагревании происходит ионизация газа, т.е. распад атомов на ионы и электроны.
В газе могут образоваться и «-» ионы( путем присоединения электрона к нейтральным атомам) – процесс ионизации.
На ряду с процессами ионизации , в газе протекает процесс рекомбинации , преобразование ионов в нейтральные атомы.
Электрический тока в жидкостях.
Хорошими проводниками эл. тока является расплавленные металлы, соли, растворы солей, кислот, щелочей – все это называется электролитами.
Перенос заряда в электролитах осуществляется ионами, такую проводимость называют ионной.
Дистиллированная вода проводником не является, но если в нее добавить щепоточку соли, она становится проводником электрического поля. Это объясняется тем, что под действием растворителя (воды) происходит распад молекул растворённого вещества на заряженные ионы и появляются подвижные заряды для протекания тока, такой процесс называют электролитической диссоциации.
если в растворе создать эл. поле движение ионов станет упорядоченным и под действием поля «+»
ионы движутся к отрицательному электроду катоду, а «-» иону к аноду.
Электролиз – выделение на электродах веществ входящих в состав электролита.
Применение электролиза:
1) Гальванотехника — используется для защиты металлов от коррозии, его покрывают антикоррозионным покрытием (тонким слоем металла).
2) Гальваностегия — электролитический способ покрытия предметов, не окисляющихся металлов. При серебрение и золочение употребляется растворы солей серебра и золота.
3) Гальванопластика – электролитическое осаждение металла на поверхность предмета для воспроизведения формы, при изготовлений копий, статуй, кредитных билетов, ценных бумаг.
| металлы | Жидкости | |
| Свободные носители электр-го заряда | е | + и — |
| Вольт-амперная характеристика | ||
| Прохождение электрического тока к проводнику | Не сопровождается переносом вещества | Сопровождается переносом вещества |
| Сопротивление при повышение t. | Увеличивается | Увеличивается |
Законы Фарадея.
I закон Фарадея (первый закон электролиза).
m=kIt, где k- электрохимический эквивалент.
Масса вещества выделевшегося на электроде пропорциональна силе тока и времени.
m=k*q, где q – кол-во электричества (заряда).
k=m/q(кг/кл).
II закон Фарадея.
Электрохимический эквивалент вещества пропорционален его химическому эквиваленту.
k=1/F*A/n, где F- постоянное Фарадея; А- атомная масса; n-валентность.
m=1/F*A/n*q, где А/n – химический эквивалент( отношение атомной массы и валентности).
Самостоятельные и несамостоятельные разряды
Процесс прониканич тока через газ, называется газовым разрядом.
Ток в газе возникающий при наличии внешнего ионизатора, называется несамостоятельным.
Пусть в трубку за некоторое время впущено, пар электронов и ионов, при увеличении напряжения м-у электродами трубки сила тока будет, увеличиваться, положительные ионы начинают двигаться к катоду, а электроны – к аноду.
Наступает такой момент, когда все частицы достигают электродов и при дальнейшем увеличении напряжения сила тока изменяться не будет, если ионизатор прекратит действие, то прекратиться и разряд, т.к. других источников ионов нет, по этой причине разряд ионов называется несамостоятельным.
Ток достигает своего насыщения.
Придальнейшем повышение напряжения, сила тока резко возрастает, если убрать внешний ионизатор, разряд будет продолжаться: ионы, необходимые для поддержания электропроводности газа, теперь создаются самим разрядом. газовый разряд который продолжается после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным.
Напряжение, при котором возникает самостоятельный разряд, называют напряжением пробоя.
Самостоятельный газовый разряд поддерживается за счет электронов, ускоряемых электрическим полем, они обладают кинетической энергией, которая возрастает за счет эл. поля.
Типы самостоятельного разряда:
1) тлеющий
2) дуговой(электрическая дуга) – для сварки металла.
3) коронный
4) искровой (молния)
Плазма. Виды плазмы.
Под плазмой понимают сильно ионизированный газ, в котором концентрация электронов ровна концентрации + ионов.
Чем выше тем-ра газа, тем больше ионов и электронов в плазме и тем меньше нейтральных атомов.
Виды плазмы:
1) Частично ионизированная плазма
2) полностью ионизированная плазма( все атомы распались на ионы и электроны).
3) Высокотемпературная плазма (Т>100000 К)
4) низкотемпературная плазма (T<100000 К)
Св-ва плазмы:
1) Плазма электрически-нейтральна
2) Частицы плазмы легко перемещаются под действием поля
3) Обладают хорошей электропроводимостью
4) Обладают хорошей теплопроводимостью
Практическое применение:
1) Превращение тепловой энергии газа в электрическую с помощью магнитогидродинамического преобразователя энергии (МГД). Принцип действия:
Струя высокотемпературной плазмы попадает в сильное магнитное поле ( поле направленно перпендикулярно плоскости чертежа X) оно разделяется на + и – частицы, которые устремляются к различным пластинам, создовая какую-то разность потенциалов.
2) Применяют в плазматронах (плазмы генераторы), с их помощью режут и сваривают металлы.
3) Все звезды, в том числе Солнце, звездной атмосфер, галактической туманности представляют собой плазму.
Наша Земля окружена плазменной оболочкой – ионосферой, за пределами которой существуют радиационные полюса, окружающие нашу Землю, в которых также есть плазма.
Процессами в околоземной плазмы обусловлены магнитные бури, полярные сияния, также в космосе сущ-т плазменные ветры.
16.Электрический ток в полупроводниках.
Полупроводники- ве-ва, у которых с ростом t сопротивление уменьшается.
Полупроводники занимают 4 подгруппу.
Пример: Кремний- 4х валентный элемент-это означает, что во внешней оболочке атома, имеется 4 электрона, слабо связанных с ядром, каждый атом образует 4 связи с соседними, при нагревании Si, увели-ся скорость валентных е, а значит и их кинематическая энергия (Ек), скорость е становиться настолько большой, что связи не выдерживают т рвутся, е покидают свои пути и становиться свободными, в эл. поле они перемещаются м-у узлами решетки, образуя эл. ток. По мере повышения t число разорванных связей увели-ся, а значит и увели-ся число связанных е, а это ведет к уменьшению сопротивления: I=U/R.
При разрыве связи образуется вакантное место с недостающим е, его кристалле не является неизменным. Непрерывно происходит след-ий процесс: один из е обеспечивающих связь атомов, перескакивает на место образовавшийся дырки и восстанавливается здесь пароэлектрическую связь, а там, откуда перескочил е образуется новая дырка. Таким образом, дырка может перемещаться по всему кристаллу.
Вывод: в полупроводниках имеются носители заряда 2х типов: е и дырки ( электронно- дырочный проводимость)
