« Fizika - 10. razred"
Struja- usmjereno kretanje nabijenih čestica. Zahvaljujući električnoj struji, stanovi se osvjetljavaju, alatne mašine se pokreću, gorionici na električnim pećima se zagrijavaju, radi radio itd.
Razmotrimo najjednostavniji slučaj usmjerenog kretanja nabijenih čestica - jednosmjernu struju.
Koji električni naboj se naziva elementarnim?
Šta je elementarni električni naboj?
Koja je razlika između naboja u vodiču i dielektrika?
Kada se nabijene čestice kreću u provodniku, dolazi do prijenosa električni naboj od jedne tačke do druge. Međutim, ako se nabijene čestice podvrgnu nasumičnom termičkom kretanju, kao što su slobodni elektroni u metalu, tada se prijenos naboja ne događa (slika 15.1, a). Poprečni presjek provodnika u prosjeku prelazi isti broj elektrona u dva suprotna smjera. Električni naboj se prenosi kroz poprečni presjek provodnika samo ako, uz nasumično kretanje, elektroni učestvuju u usmjerenom kretanju (slika 15.1, b). U ovom slučaju kažu da ide dirigent struja .
Električna struja je uređeno (usmjereno) kretanje nabijenih čestica.
Električna struja ima određeni smjer.
Za smjer struje se uzima smjer kretanja pozitivno nabijenih čestica.
Ako pomjerite sveukupno neutralno tijelo, tada, uprkos uređenom kretanju ogromnog broja elektrona i atomska jezgra, neće doći do električne struje. Ukupni naboj prenesen kroz bilo koji poprečni presjek bit će jednak nuli, jer se naboji različitih predznaka kreću istom prosječnom brzinom.
Smjer struje poklapa se sa smjerom vektora napona električno polje. Ako struja nastaje kretanjem negativno nabijenih čestica, tada se smjer struje smatra suprotnim smjeru kretanja čestica.
Izbor smjera struje nije baš uspješan, jer u većini slučajeva struja predstavlja uređeno kretanje elektrona – negativno nabijenih čestica. Izbor smjera struje napravljen je u vrijeme kada se ništa nije znalo o slobodnim elektronima u metalima.
Djelovanje struje.
Ne vidimo direktno kretanje čestica u provodniku. Prisustvo električne struje mora se suditi prema radnjama ili pojavama koje je prate.
Prvo, provodnik kroz koji teče struja se zagrijava.
Drugo, električna struja se može promijeniti hemijski sastav provodnik: na primjer, izolacija njegovih kemijskih komponenti (bakar iz otopine bakar sulfat itd.).
Treće, struja djeluje silom na susjedne struje i magnetizirana tijela. Ovo djelovanje struje naziva se magnetna.
Dakle, magnetna igla u blizini provodnika sa strujom rotira. Magnetski učinak struje, za razliku od kemijskog i toplinskog, je glavni, jer se manifestira u svim vodičima bez izuzetka. Hemijsko djelovanje struja se opaža samo u otopinama i topljenjima elektrolita, a zagrijavanje izostaje u supravodnicima.
U sijalici sa žarnom niti, zbog prolaska električne struje, emituje se vidljiva svjetlost, a elektromotor obavlja mehanički rad.
Snaga struje.
Ako struja teče u strujnom kolu, to znači da se električni naboj neprestano prenosi kroz poprečni presjek vodiča.
Naboj koji se prenosi u jedinici vremena služi kao glavna kvantitativna karakteristika struje, tzv jačina struje.
Ako se naelektrisanje Δq prenese kroz poprečni presjek provodnika za vrijeme Δt, tada je prosječna vrijednost struje jednaka
Prosječna jačina struje jednaka je odnosu naboja Δq koji prolazi kroz poprečni presjek provodnika tokom vremenskog intervala Δt i ovog vremenskog perioda.
Ako se jačina struje ne mijenja tokom vremena, tada se zove struja trajno.
Force naizmjenična struja V ovog trenutka vrijeme je također određeno formulom (15.1), ali bi vremenski interval Δt u ovom slučaju trebao biti vrlo mali.
Snaga struje, kao i naboj, je skalarna veličina. Ona bi mogla biti kao pozitivno, dakle negativan. Predznak struje ovisi o tome koji je od smjerova oko strujnog kola uzet kao pozitivan. Jačina struje I > 0 ako se smjer struje poklapa s uvjetno odabranim pozitivnim smjerom duž vodiča. Inače ja< 0.
Odnos između jačine struje i brzine usmjerenog kretanja čestica.
Neka cilindrični provodnik (slika 15.2) ima poprečni presek površine S.
Za pozitivan smjer struje u provodniku uzimamo smjer slijeva na desno. Naboj svake čestice će se smatrati jednakim q 0. Zapremina provodnika, ograničena poprečnim presjecima 1 i 2 s razmakom Δl između njih, sadrži nSΔl čestica, gdje je n koncentracija čestica (nosača struje). Njihovo ukupno punjenje u odabranom volumenu je q = q 0 nSΔl. Ako se čestice kreću s lijeva na desno prosječnom brzinom υ, tada će sve čestice sadržane u zapremini koja se razmatra proći kroz poprečni presjek 2. Prema tome, jačina struje je jednaka:
SI jedinica struje je amper (A).
Ova jedinica je uspostavljena na osnovu magnetske interakcije struja.
Izmjerite jačinu struje ampermetri. Princip dizajna ovih uređaja je zasnovan na magnetno djelovanje struja
Brzina uređenog kretanja elektrona u provodniku.
Nađimo brzinu uređenog kretanja elektrona u metalnom provodniku. Prema formuli (15.2) gdje je e modul naboja elektrona.
Neka je, na primjer, jačina struje I = 1 A, a površina poprečnog presjeka vodiča S = 10 -6 m 2. Modul naboja elektrona e = 1,6 10 -19 C. Broj elektrona u 1 m 3 bakra jednak je broju atoma u ovoj zapremini, jer je jedan od valentnih elektrona svakog atoma bakra slobodan. Ovaj broj je n ≈ 8,5 10 28 m -3 (ovaj broj se može odrediti rješavanjem zadatka 6 iz § 54). dakle,
Kao što vidite, brzina uređenog kretanja elektrona je vrlo mala. Mnogo je puta manja od brzine toplotnog kretanja elektrona u metalu.
Uslovi neophodni za postojanje električne struje.
Za nastanak i postojanje stalne električne struje u supstanciji potrebno je da postoji besplatno naelektrisane čestice.
Međutim, to još uvijek nije dovoljno da se pojavi struja.
Za stvaranje i održavanje uređenog kretanja nabijenih čestica potrebna je sila koja na njih djeluje u određenom smjeru.
Ako ova sila prestane djelovati, tada će prestati uređeno kretanje nabijenih čestica zbog sudara s ionima kristalna rešetka metala ili neutralnih molekula elektrolita i elektroni će se kretati nasumično.
Kao što znamo, na naelektrisane čestice utiču električno polje sa silom:
Obično je električno polje unutar vodiča ono koje uzrokuje i održava uređeno kretanje nabijenih čestica.
Samo u statičkom slučaju, kada naelektrisanja miruju, električno polje unutar provodnika je nula.
Ako unutar vodiča postoji električno polje, onda postoji razlika potencijala između krajeva vodiča u skladu s formulom (14.21). Kao što je eksperiment pokazao, kada se razlika potencijala ne mijenja tokom vremena, a jednosmerna električna struja. Duž provodnika potencijal opada od maksimalne vrijednosti na jednom kraju provodnika do minimalne na drugom, jer se pozitivni naboj pod utjecajem sila polja kreće u smjeru opadanja potencijala.
Ove nabijene čestice se u teoriji često nazivaju nosiocima struje. U provodnicima i poluvodičima nosioci struje su elektroni, a u elektrolitima nabijeni ioni. U plinovima, nosioci naboja mogu biti i elektroni i ioni. U metalima se, na primjer, mogu kretati samo elektroni. Posljedično, električna struja u njima je kretanje elektrona provodljivosti. Treba napomenuti da se rezultat prolaska električne struje u metalima i električno vodljivim otopinama značajno razlikuje. U metalima se ne dešavaju hemijski procesi kada struja prolazi. Dok se u elektrolitima, pod uticajem struje, na elektrodama oslobađaju ioni supstance (fenomen elektrolize). Razlika u rezultatima djelovanja struje objašnjava se činjenicom da su nosioci naboja u metalu i elektrolitu bitno različiti. U metalima su to slobodni elektroni koji su se odvojili od atoma; u otopinama su to ioni, odnosno atomi ili njihove grupe koje imaju naboj.
Da, prvo neophodan uslov Postojanje električne struje u bilo kojoj tvari je prisustvo nosilaca struje.
Da bi naelektrisanja bila u ravnoteži, potrebno je da razlika potencijala između bilo koje tačke provodnika bude jednaka nuli. Ako se ovaj uvjet prekrši, onda nema ravnoteže, tada se naboj pomiče. Dakle, drugi neophodan uslov za postojanje električne struje u provodniku je stvaranje napona između određenih tačaka.
Uređeno kretanje slobodnih naelektrisanja koje nastaje u vodiču kao rezultat djelovanja električnog polja naziva se struja provodljivosti.
Međutim, primjećujemo da je uređeno kretanje nabijenih čestica moguće ako se nabijeni provodnik ili dielektrik pomiče u prostoru. Takva električna struja naziva se struja konvekcije.
Mehanizam implementacije jednosmjerne struje
Da bi struja stalno tekla u vodiču, potrebno je da se na provodnik (ili skup provodnika - lanac provodnika) spoji neki uređaj u kojem se neprestano odvija proces razdvajanja električnih naboja i time održava napon u kolu. Ovaj uređaj se naziva izvor struje (generator). Sile koje razdvajaju naboje nazivaju se vanjske sile. Oni nisu električnog porijekla i djeluju samo unutar izvora. Kada se naboji razdvoje, vanjske sile stvaraju potencijalnu razliku između krajeva kola.
Ako se električni naboj kreće duž zatvorenog kola, tada je rad elektrostatičkih sila jednak nuli. To znači da je ukupan rad sila ($A$) koje djeluju na naboj jednak radu vanjskih sila ($A_(st)$). Fizička količina, koji karakterizira trenutni izvor - ovo je EMF izvor($(\mathcal E)$), definira se kao:
\[(\mathcal E)=\frac(A)(q)\lijevo(1\desno),\]
gdje je $q$ pozitivan naboj. Naboj se kreće dalje zatvorena petlja. EMF nije sila u doslovnom smislu. Mjerna jedinica $\left[(\mathcal E)\right]=V$.
Priroda vanjskih sila može biti različita, na primjer, u galvanskoj ćeliji, vanjske sile su rezultat elektrohemijskih procesa. U autu jednosmerna struja takva sila je Lorentzova sila.
Glavne karakteristike struje
Smjer struje se konvencionalno smatra smjerom kretanja pozitivnih čestica. To znači da je smjer struje u metalima suprotan smjeru kretanja čestica.
Električnu struju karakterizira jačina struje. Trenutno ($I$) -- skalarna količina, što je jednako derivatu naboja ($q$) u odnosu na vrijeme za struju koja teče kroz površinu S:
Struja može biti konstantna ili naizmjenična. Ako se jačina struje i njen smjer ne mijenjaju tokom vremena, onda se takva struja naziva konstantnom i za nju se izraz za jačinu struje može zapisati kao:
gdje je struja definirana kao naboj koji prolazi kroz površinu S u jedinici vremena.
U SI sistemu, osnovna jedinica struje je amper (A).
Lokalna vektorska karakteristika struje je njena gustina. Vektor gustine struje ($\overrightarrow(j)$) karakterizira kako je struja raspoređena po poprečnom presjeku S. Ovaj vektor je usmjeren u smjeru u kojem se kreću pozitivni naboji. Modul vektora gustine struje jednak je:
gdje je $dS"$ projekcija elementarne površine $dS$ na ravan koja je okomita na vektor gustine struje, $dI$ je element struje koja teče kroz površine $dS\ i\ dS"$.
Gustina struje u metalu može se predstaviti kao:
\[\overrightarrow(j)=-n_0q_e\left\langle \overrightarrow(v)\right\ranngle \ \left(5\right),\]
gdje je $n_0$ koncentracija elektrona provodljivosti, $q_e=1.6(\cdot 10)^(-19)C$ je naelektrisanje elektrona, $\left\langle \overrightarrow(v)\right\ranngle $ -- prosječna brzina uređeno kretanje elektrona. Pri maksimalnim gustoćama struje $\left\langle \overrightarrow(v)\right\ranngle =(10)^(-4)\frac(m)(s)$.
Osnovni fizički zakon je zakon održanja električnog naboja. Ako izaberemo proizvoljnu zatvorenu stacionarnu površinu S (slika 1), koja ograničava zapreminu V, tada se količina električne energije koja teče u sekundi iz zapremine V definiše kao $\oint\limits_S(j_ndS.)$ Ista količina električne energije može se izraziti kao naboj: $-\frac(\partial q)(\partial t)$, odnosno imamo:
\[\frac(\partial q)(\partial t)=-\oint\limits_S(j_ndS\left(6\right),)\]
gdje je $j_n$ projekcija vektora gustine struje na smjer normale na element površine $dS$, u ovom slučaju:
gdje je $\alpha $ ugao između smjera normale na dS i vektora gustine struje. Jednačina (6) koristi parcijalni izvod da naglasi da je površina S stacionarna.
Jednačina (6) je zakon održanja naelektrisanja u makroskopskoj elektrodinamici. Ako je struja konstantna u vremenu, onda pišemo zakon održanja naboja u obliku:
\[\oint\limits_S(j_ndS=0\lijevo(8\desno).)\]
Pretraživanje cijelog teksta:
Početna > Sažetak >Fizika
Predavanje br. 12
Predmet: "struja".
Svrha predavanja:
Plan predavanja.
1. Koncept struje provodljivosti. Vektor struje i jačina struje.
2. Diferencijalni oblik Ohmovog zakona.
3. Dosljedan i paralelna veza provodnici.
4. Razlog za pojavu električnog polja u provodniku, fizički
značenje pojma spoljašnjih sila.
5. Derivacija Ohmovog zakona za cijelo kolo.
6. Kirchhoffovo prvo i drugo pravilo.
7. Kontaktna razlika potencijala. Termoelektrični fenomeni.
8. Električna struja u različitim okruženjima.
9. Struja u tečnostima. Elektroliza. Faradejevi zakoni.
1. Koncept struje provodljivosti. Vektor struje i jačina struje.
Električni udar nazvano uređeno kretanje električnih naboja. Nosioci struje mogu biti elektroni, ioni i nabijene čestice.
Ako se u vodiču stvori električno polje, tada će se slobodni električni naboji u njemu početi kretati - pojavljuje se struja tzv. struja provodljivosti. Ako se nabijeno tijelo kreće u prostoru, onda struja zove se konvekcija.
Struja može teći u čvrste materije(metali), tečnosti (elektroliti) i gasovi (pražnjenje u gasu je uzrokovano kretanjem pozitivnih i negativnih naelektrisanja).
Trenutni nosioci su:
U metalima - usmjereno kretanje elektrona;
U tečnostima - joni;
U gasovima - elektroni i joni.
Za smjer struje Uobičajeno je prihvatiti smjer kretanja pozitivnih naboja.
Za nastanak i postojanje struje ona je neophodna:
prisustvo slobodnih naelektrisanih čestica;
prisustvo električnog polja u provodniku.
Glavna karakteristika struje je jačina struje , što je jednako količini naelektrisanja koja prođe kroz poprečni presek provodnika u 1 sekundi.
gdje je q iznos naknade;
t – vrijeme prolaska punjenja.
Snaga struje je skalarna veličina.
Zove se struja čija se jačina i smjer ne mijenjaju tokom vremena trajno , inače - varijable .
Električna struja po površini vodiča može biti raspoređena neravnomjerno, pa se u nekim slučajevima koriste koncept gustine struje i .
Prosječna gustina struje jednaka je omjeru jačine struje i površine poprečnog presjeka vodiča.
, 
, (2)
gdje je J promjena struje;
S – promjena površine.
2. Diferencijalni oblik Ohmovog zakona.
Godine 1826. njemački fizičar Ohm je eksperimentalno ustanovio da je strujna snaga J u provodniku je direktno proporcionalna naponu U između njegovih krajeva
, (3)
gdje je k koeficijent proporcionalnosti, tzv
električna provodljivost ili provodljivost; [k] = [Sm] (Siemens).
Magnituda 
(4)
pozvao električni otpor provodnika .
Dobijamo izraz
. (5)
Ohmov zakon za sajt električni krug, koji ne sadrži trenutni izvor
Izražavamo iz ove formule R
. 
(6)
Električni otpor ovisi o obliku, veličini i tvari vodiča.
Otpor provodnika direktno proporcionalna njegovoj dužini l i obrnuto proporcionalna površini poprečnog presjeka S.
, (7)
gdje je – karakterizira materijal od kojeg je napravljen provodnik i
pozvao otpornost provodnika
.
Izrazimo :
. (8)
Otpor provodnika zavisi od temperature. Kako temperatura raste, otpor se povećava
gdje je R 0 – otpor provodnika na 0S;
t – temperatura;
– temperaturni koeficijent otpora
(za metal 0,04 stepeni -1).
Formula vrijedi i za otpornost
, (10)
gdje je 0 – otpornost provodnik na 0S.
Na niskim temperaturama (<8К) сопротивление некоторых металлов (алюминий, свинец, цинк и др.) скачкообразно уменьшается до нуля: металл становится apsolutni vodič.
Ovaj fenomen se zove superprovodljivost .
Zamijenimo izraz (7) u (5)
. (11)
Hajde da preuredimo izraze
, (12)
gdje je J/S=i – gustina struje;
1/= – specifična provodljivost provodničke supstance;
u/e=E – jačina električnog polja u provodniku.
(13)
Ohmov zakon u diferencijalnom obliku.
3. Razlog za pojavu električne struje u provodniku.
Fizičko značenje pojma vanjskih sila. Rad vanjskih sila.
Ohmov zakon pokazuje da je gustina struje direktno proporcionalna naponu E električno polje koje djeluje na slobodne naboje i uzrokuje njihovo uređeno kretanje.
Šta je električno polje u provodniku? Ovo je elektrostatičko polje koje stvaraju elektroni i pozitivni ioni (Coulombovo polje sile).
Kulonove sile dovode do preraspodjele slobodnih naelektrisanja u kojoj električno polje u provodniku nestaje i potencijali se u svim tačkama izjednačavaju. Stoga Kulonove sile ne mogu uzrokovati pojavu jednosmjerne električne struje.
Za održavanje konstantne struje u kolu, sile neelektričnog porijekla moraju djelovati na slobodna naelektrisanja, tzv spoljne sile . Spoljne sile uzrokuju razdvajanje različitih naboja i održavaju potencijalnu razliku na krajevima vodiča. U provodniku se stvara dodatno električno polje vanjskih sila trenutni izvori(galvanske ćelije, baterije, električni generatori). Izvor vanjskih sila u DC kolu je neophodan kao i pumpa u hidrauličnom sistemu.
Zbog polja stvorenog vanjskim silama, električni naboji se kreću unutar izvora struje protiv sila elektrostatičkog polja. Zbog toga se na krajevima vanjskog kola održava razlika potencijala i kroz kolo teče konstantna električna struja.
Sile treće strane rade zbog energije koja se troši u izvoru struje (mehanička, hemijska, itd.).
Rad vanjskih sila na jediničnom pozitivnom naboju naziva se elektromotorna sila
. (14)
4. Derivacija Ohmovog zakona za cijelo električno kolo.
Neka se zatvoreni električni krug sastoji od izvora struje sa , sa unutrašnjim otporom r a vanjski dio ima otpor R.
R – vanjski otpor;
r – unutrašnji otpor.
, (15)
Gdje 
– napon na vanjskom otporu; (16)
A – rad na pomeranju naboja q unutar izvora struje,
tj. rad na unutrašnjem otporu. Onda
,
(17)
jer 
, To
, (18)
hajde da prepišemo izraz za
,
. (19)
Budući da prema Ohmovom zakonu za zatvoreno električno kolo (=IR)
IR i Ir su pad napona na vanjskim i unutrašnjim dijelovima kola, dakle
. (20)
Ohmov zakon za zatvoreno električno kolo
U zatvorenom električnom kolu izvor elektromotorne sile struja je jednaka zbiru padova napona u svim dijelovima kola.
5. Kirchhoffovo prvo i drugo pravilo.
U praksi je često potrebno izračunati složena DC električna kola. Složeno električno kolo sastoji se od nekoliko zatvorenih vodljivih krugova koji imaju zajedničke dijelove. Svaki krug može imati više izvora struje. Jačina struje u pojedinim područjima može biti različita po veličini i smjeru.
Kirchhoffovo prvo pravilo je uslov za konstantnu struju u kolu.
Nazovimo onda čvor grananja bilo koju tačku u kojoj se konvergira više od dva provodnika Kirchhoffovo prvo pravilo : Algebarski zbir jačine struje u čvoru grananja je nula
, (21)
gdje je n broj provodnika;
I i – struje u provodnicima.
Struje koje se približavaju čvoru smatraju se pozitivnim, a struje koje izlaze iz čvora smatraju se negativnim.
Za čvor A Kirchhoffovo prvo pravilo će biti napisano:
. (22)
Kirchhoffovo drugo pravilo je generalizacija Ohmovog zakona na razgranate električne krugove. Zvuči ovako: U bilo kojoj zatvorenoj petlji razgranatog električnog kola, algebarski zbirI i za otporR i odgovarajuće sekcije ovog kola jednake su zbiru emf primijenjene u njemu i
Da biste kreirali jednačinu, trebate odabrati smjer kretanja (kazaljke na satu ili suprotno od kazaljke na satu). Sve struje koje se poklapaju u smjeru s obilaznicom kruga smatraju se pozitivnim. EMF strujnih izvora smatra se pozitivnim ako stvaraju struju usmjerenu ka zaobilaženju kola. Tako, na primjer, Kirchhoffovo pravilo za I, II, III dio.
I – 1 + 2 = –I 1 r 1 – I 1 R 1 + I 2 r 2 + I 2 R 2 .
II – 2 + 3 = –I 2 r 2 – I 2 R 2 – I 3 r 3 – I 3 R 3 .
III – 1 + 3 = –I 1 r 1 – I 1 R 1 – I 3 r 3 – I 3 R 3 .
Na osnovu ovih jednačina izračunavaju se krugovi.
6. Kontaktna razlika potencijala. Termoelektrični fenomeni.
Elektroni u metalu su u nasumičnom termičkom kretanju. Elektroni s najvećom kinetičkom energijom mogu izletjeti iz metala u okolni prostor. U isto vrijeme, oni rade protiv privlačnih sila iz viška pozitivnog naboja koji je rezultat emisije elektrona koji se formiraju oko vodiča. elektronski oblak" Postoji dinamička ravnoteža između elektronskog gasa u metalu i "elektronskog oblaka".
Radna funkcija elektrona - ovo je posao koji treba obaviti da bi se uklonio elektron iz metala u prostor bez vazduha.
Nedostatak elektrona u vodiču i višak u prostoru koji ga okružuje očituje se u vrlo tankom sloju sa obje strane površine provodnika (nekoliko međuatomskih udaljenosti u metalu). Stoga je površina metala električni dvostruki sloj, sličan vrlo tankom kondenzatoru.
Razlika potencijala između ploča kondenzatora ovisi o radnoj funkciji elektrona.
, (24)
gdje je e naboj elektrona;
– kontaktna razlika potencijala između metala i
okruženje;
A – radna funkcija (elektron-volt – E-V).
Radna funkcija ovisi o kemijskoj prirodi metala i stanju njegove površine (zagađenje, vlaga).
Pojava razlike kontaktnog potencijala između dodirnih metalnih provodnika otkrivena je krajem 18. stoljeća. Italijanski fizičar Volt. Eksperimentalno je ustanovio Voltina dva zakona:
1. Prilikom spajanja dva provodnika od različitih metala između njih nastaje kontaktna razlika potencijala koja zavisi samo od hemijskog sastava i temperature.
2. Razlika potencijala između krajeva kola koje se sastoje od metalnih provodnika povezanih u seriju, koji se nalaze na istoj temperaturi, ne zavisi od hemijskog sastava međuprovodnika. Ona je jednaka kontaktnoj potencijalnoj razlici koja nastaje kada su krajnji provodnici direktno povezani.
Termoelektrični fenomeni.
Zamislite zatvoreni krug koji se sastoji od dva metalna provodnika 1 I 2 . EMF primijenjena na ovo kolo jednaka je algebarskom zbiru svih potencijalnih skokova
Ako su temperature slojeva jednake,
, tada je =0.
Ako su temperature slojeva različite, npr. 
, Onda
, (26)
gdje je konstanta koja karakterizira svojstva kontakta dva metala.
U ovom slučaju, pojavljuje se zatvoreno kolo termoelektromotorna sila , direktno proporcionalna temperaturnoj razlici između oba sloja.
Termoelektrični fenomeni u metalima se široko koriste za mjerenje temperature. U tu svrhu se koriste termoelementi ili termoelementi, koje su dvije žice napravljene od raznih metala i legura. Krajevi ovih žica su zalemljeni. Jedan spoj se stavlja u medijum, temperature T 1 koji treba izmjeriti, a drugi - u okolinu sa konstantnom poznatom temperaturom.
Termoparovi imaju niz prednosti u odnosu na konvencionalne termometre: omogućavaju vam mjerenje temperature u širokom rasponu od desetina do hiljada stupnjeva apsolutne skale. Termoparovi imaju veliku osjetljivost i stoga omogućavaju mjerenje vrlo malih temperaturnih razlika (do 10 -6 stepeni). Na primer: gvožđe-konstantan meri temperature do 500 °C i ima osetljivost od 5,3 10 -5 V/deg; platina-platina-rodijum (90% platina i 10% rodijum) imaju osetljivost od 6 10 -6 V/deg i koriste se za merenje temperatura od najnižih do hiljada stepeni.
Termopar se može koristiti za praćenje promjena temperature tokom vremena. Mogućnost ugradnje galvanometra na znatnoj udaljenosti omogućava korištenje termoparova u automatskim uređajima. Da bi se povećala osjetljivost termoparova, koriste se njihove serijske veze, koje se nazivaju termoelementi.
7. Električna struja u različitim okruženjima.
Električna struja u plinovima .
Gasovi u normalnim uslovima su dielektrika , sastoje se od električno neutralnih atoma i molekula.
Kada se plinovi joniziraju, pojavljuju se nosioci električne struje (pozitivni naboji).
Električna struja u plinovima se naziva gasno pražnjenje . Za izvođenje plinskog pražnjenja mora postojati električno ili magnetsko polje na cijevi s ioniziranim plinom.
Jonizacija gasa može nastati pod uticajem spoljašnjih uticaja - jakog zagrevanja, ultraljubičastih i rendgenskih zraka, radioaktivnog zračenja, pri bombardovanju atoma (molekula) gasova brzim elektronima ili ionima.
Mjera procesa jonizacije je intenzitet jonizacije , mjereno brojem parova suprotno nabijenih čestica koje nastaju u jedinici volumena plina u jediničnom vremenskom periodu.
Udarna jonizacija naziva se odvajanje jednog ili više elektrona od atoma (molekula), uzrokovano sudarom elektrona ili iona ubrzanih električnim poljem u pražnjenju s atomima ili molekulama plina.
1. Nesamoodrživo plinsko pražnjenje je električna provodljivost plinova uzrokovana vanjskim jonizatorima.
Strujno-naponske karakteristike gasnog pražnjenja: kako se U povećava, broj nabijenih čestica koje stižu do elektrode raste i struja raste na I=I To , pri čemu sve nabijene čestice dospiju do elektroda. U ovom slučaju, U=Uk
, (27)
struja zasićenja
gdje je e elementarni naboj;
N 0 – maksimalni broj formiranih parova monovalentnih jona
u zapremini gasa u 1 s.
Strmo povećanje struje u tom području AB povezana sa pojavom udarne jonizacije.
2. Samoodrživo plinsko pražnjenje – pražnjenje koje se nastavlja nakon prestanka rada vanjskog jonizatora. Održavan i razvijen zahvaljujući udarnoj jonizaciji.
Nesamoodrživo plinsko pražnjenje postaje samoodrživo kada U h– napon paljenja. Proces takve tranzicije naziva se električni kvar gasa .
U zavisnosti od pritiska i napona gasa, postoje:
1) usijano pražnjenje;
2) koronsko pražnjenje;
3) varničko pražnjenje;
4) lučno pražnjenje.
Sjajno pražnjenje koristi se u gasnim svetlosnim cevima, gasnim laserima.
Corona discharge – koristi se za dezinfekciju sjemena poljoprivrednih kultura.
Iskreni pražnjenje – munje (struje do nekoliko hiljada Ampera, dužina – nekoliko kilometara).
Lučno pražnjenje (T=3000 °C – pri atmosferskom pritisku temperatura gasa je 5000...6000 °C). Koristi se kao izvor svjetlosti u moćnim reflektorima i opremi za projekciju.
Plazma – posebno stanje agregacije supstance, koju karakteriše visok stepen jonizacije njenih čestica.
Plazma se deli na
– slabo jonizovan( – udjeli procenta – gornji slojevi atmosfere, jonosfera);
– djelimično jonizovan(neki %);
– potpuno jonizovan(sunce, vrele zvezde, neki međuzvezdani oblaci).
Vještački stvorena plazma se koristi u lampama na gasno pražnjenje, plazma izvorima električne energije i magnetodinamičkim generatorima.
Emisioni fenomeni :
1. Emisija fotoelektrona – izbacivanje elektrona sa površine metala u vakuumu pod uticajem svetlosti.
2. Termionska emisija – emisija elektrona od čvrstih ili tečnih tela kada se zagreju.
3. Sekundarna elektronska emisija – protutok elektrona sa površine bombardirane elektronima u vakuumu.
Uređaji zasnovani na fenomenu termoionske emisije nazivaju se elektronske cijevi .
Uzmite u obzir diodu i triodu sami.
Električna struja u čvrstim materijama .
Metal je kristalna rešetka. Pozitivno nabijeni joni stvaraju električno polje unutar metala. Čvorovi rešetke nalaze se u strogom redoslijedu, tako da je polje koje stvaraju periodična funkcija koordinata. Dakle, elektroni mogu biti samo u određenim stanjima koja odgovaraju diskretnim vrijednostima njihove energije.
Budući da u čvrstim tijelima elektron stupa u interakciju ne samo sa svojim vlastitim atomom, već i sa drugim atomima kristalne rešetke, energetski nivoi atoma se dijele formiranjem energetski pojas .
Na sl. Prikazano je cijepanje energetskih nivoa izolovanih atoma kako se međusobno približavaju i formiranje energetskih pojaseva.
Energija ovih elektrona može se nalaziti unutar zasjenjenih područja tzv dozvoljene energetske zone . Diskretni nivoi odvojeni oblastima nedozvoljene energetske vrijednosti – zabranjene zone (njihova širina je srazmjerna širini zabranjenih zona).
Razlike u električnim svojstvima različitih vrsta čvrstih materija objašnjavaju se:
1) širina zabranjenih energetskih opsega;
2) različito popunjavanje dozvoljenih energetskih pojaseva elektronima
(dielektrik provodnika).
8. Struja u tečnostima. Elektroliza. Faradejevi zakoni.
Zapažanja su pokazala da mnoge tekućine vrlo slabo provode električnu energiju (destilirana voda, glicerin, kerozin itd.). Vodeni rastvori soli, kiselina i alkalija dobro provode struju.
Elektroliza - prolazak struje kroz tekućinu, što uzrokuje oslobađanje tvari koje čine elektrolit na elektrodama.
Elektroliti – supstance sa jonskom provodljivošću. Jonska provodljivost – uređeno kretanje jona pod uticajem električnog polja. Joni - atomi ili molekuli koji su izgubili ili dobili jedan ili više elektrona. Pozitivni joni - katjoni, negativan – anjoni.
U tečnosti se stvara električno polje pomoću elektroda (“+” – anoda, “–” – katoda). Pozitivni ioni (kationi) kreću se prema katodi, negativni ioni se kreću prema anodi.
Objašnjena je pojava jona u elektrolitima električna disocijacija – razlaganje molekula rastvorljive supstance na pozitivne i negativne jone kao rezultat interakcije sa rastvaračem (Na + Cl - ; H + Cl - ; K + I - ...).
Stepen disocijacije naziva se brojem molekula n 0 , disociran na ione, na ukupan broj molekula n 0
. (28)
Tokom termičkog kretanja jona dolazi do obrnutog procesa ponovnog ujedinjenja jona tzv rekombinacija .
M. Faradayjevi zakoni (1834).
Masa supstance koja se oslobađa na elektrodi direktno je proporcionalna električnom naboju q prolazi kroz elektrolit
ili 
, (29)
gdje je k elektrohemijski ekvivalent supstance; jednaka masi supstance
oslobađa se prilikom prolaska kroz jedinicu elektrolita
količina električne energije.
, (30)
gdje je I jednosmjerna struja koja prolazi kroz elektrolit.
Elektrohemijski ekvivalenti supstanci su direktno proporcionalni omjeru njihove atomske (molarne) mase i valencije n
, (31)
gdje je A atomska masa;
n – valencija.
Faradejeva konstanta
gdje je C univerzalna konstanta za sve elemente.
F = 9,648 10 4 C/mol
fizičko značenje proizilazi iz Faradejevog ujedinjenog zakona elektrolize
Polja stvorena jednim napunjenim... otporom naelektrisanja kondenzatora struja Otpori u kolu su poznati i struja. Odrediti... Rješenje - napon u kolu. . - struja u lancu. - otpor ekvivalentnog kola. - ...
Električni struja u raznim okruženjima (2)
Sažetak >> Fizika... Električni Current u gasovima U gasovima postoje nesamostalni i nezavisni električničinovi. Fenomen curenja električni struja... vazduh, onda električni struja ne pojavljuje se u vakuumu - nema nosača električni struja. američki naučnik...
Električni struja u tečnim provodnicima
Izvještaj sa vježbe >> Fizika1 Proces elektrolize u otopinama i talinama elektrolita Električni struja u metalima nema hemijski procesi ne... postoji klasa konduktera u kojoj električni struja uvek praćeno određenim hemijskim promenama...