« Física - décimo grado"
Corriente eléctrica- movimiento dirigido de partículas cargadas. Gracias a la corriente eléctrica, se iluminan los apartamentos, se ponen en movimiento máquinas herramienta, se calientan los quemadores de las estufas eléctricas, se enciende la radio, etc.
Consideremos el caso más simple de movimiento dirigido de partículas cargadas: la corriente continua.
¿Qué carga eléctrica se llama elemental?
¿Cuál es la carga eléctrica elemental?
¿Cuál es la diferencia entre cargas en un conductor y un dieléctrico?
Cuando las partículas cargadas se mueven en un conductor, se produce una transferencia. carga electrica de un punto a otro. Sin embargo, si las partículas cargadas experimentan un movimiento térmico aleatorio, como los electrones libres en un metal, entonces no se produce transferencia de carga (figura 15.1, a). La sección transversal de un conductor, en promedio, atraviesa el mismo número de electrones en dos direcciones opuestas. La carga eléctrica se transfiere a través de la sección transversal de un conductor solo si, junto con el movimiento aleatorio, los electrones participan en el movimiento dirigido (figura 15.1, b). En este caso, dicen que el conductor va corriente eléctrica .
La corriente eléctrica es el movimiento ordenado (dirigido) de partículas cargadas.
La corriente eléctrica tiene una dirección determinada.
Se considera que la dirección de la corriente es la dirección del movimiento de las partículas cargadas positivamente.
Si mueves un cuerpo completamente neutro, entonces, a pesar del movimiento ordenado de una gran cantidad de electrones y núcleos atómicos, no se producirá corriente eléctrica. La carga total transferida a través de cualquier sección transversal será igual a cero, ya que cargas de diferentes signos se mueven con la misma velocidad promedio.
La dirección de la corriente coincide con la dirección del vector de voltaje. campo eléctrico. Si la corriente se forma por el movimiento de partículas cargadas negativamente, entonces la dirección de la corriente se considera opuesta a la dirección del movimiento de las partículas.
La elección de la dirección de la corriente no es muy exitosa, ya que en la mayoría de los casos la corriente representa el movimiento ordenado de electrones, partículas cargadas negativamente. La elección de la dirección de la corriente se hizo en una época en la que no se sabía nada sobre los electrones libres en los metales.
Acción de la corriente.
No vemos directamente el movimiento de partículas en un conductor. La presencia de corriente eléctrica debe juzgarse por las acciones o fenómenos que la acompañan.
En primer lugar, el conductor por el que circula la corriente se calienta.
En segundo lugar, la corriente eléctrica puede cambiar. composición química conductor: por ejemplo, aislando sus componentes químicos (cobre de una solución sulfato de cobre etc.).
En tercer lugar, la corriente ejerce una fuerza sobre las corrientes vecinas y los cuerpos magnetizados. Esta acción de la corriente se llama magnético.
Por tanto, gira una aguja magnética cerca de un conductor que transporta corriente. El efecto magnético de la corriente, a diferencia del químico y térmico, es el principal, ya que se manifiesta en todos los conductores sin excepción. Acción química La corriente se observa solo en soluciones y electrolitos fundidos, y el calentamiento está ausente en los superconductores.
En una bombilla incandescente, debido al paso de la corriente eléctrica, se emite luz visible y el motor eléctrico realiza un trabajo mecánico.
Fuerza actual.
Si en un circuito circula corriente eléctrica, esto significa que a través de la sección transversal del conductor se transfiere constantemente una carga eléctrica.
La carga transferida por unidad de tiempo sirve como principal característica cuantitativa de la corriente, llamada fuerza actual.
Si se transfiere una carga Δq a través de la sección transversal de un conductor durante un tiempo Δt, entonces el valor promedio de la corriente es igual a
La intensidad de la corriente promedio es igual a la relación entre la carga Δq que pasa a través de la sección transversal del conductor durante el intervalo de tiempo Δt y este período de tiempo.
Si la intensidad actual no cambia con el tiempo, entonces la corriente se llama permanente.
Fortaleza C.A. V en este momento El tiempo también está determinado por la fórmula (15.1), pero el intervalo de tiempo Δt en este caso debería ser muy pequeño.
La intensidad actual, como la carga, es una cantidad escalar. ella podría ser como positivo, entonces negativo. El signo de la corriente depende de cuál de las direcciones alrededor del circuito se toma como positiva. Fuerza actual I > 0 si la dirección de la corriente coincide con la dirección positiva elegida condicionalmente a lo largo del conductor. De lo contrario yo< 0.
Relación entre la fuerza actual y la velocidad del movimiento direccional de partículas.
Sea un conductor cilíndrico (figura 15.2) que tenga una sección transversal con área S.
Para el sentido positivo de la corriente en un conductor tomamos el sentido de izquierda a derecha. La carga de cada partícula se considerará igual a q 0. El volumen del conductor, limitado por las secciones transversales 1 y 2 con una distancia Δl entre ellas, contiene nSΔl partículas, donde n es la concentración de partículas (portadores de corriente). Su carga total en el volumen seleccionado es q = q 0 nSΔl. Si las partículas se mueven de izquierda a derecha con una velocidad promedio υ, entonces durante el tiempo todas las partículas contenidas en el volumen considerado pasarán por la sección transversal 2. Por lo tanto, la intensidad de la corriente es igual a:
La unidad SI de corriente es el amperio (A).
Esta unidad se establece sobre la base de la interacción magnética de corrientes.
Medir la fuerza actual amperímetros. El principio de diseño de estos dispositivos se basa en acción magnética actual
La velocidad del movimiento ordenado de los electrones en un conductor.
Encontremos la velocidad del movimiento ordenado de los electrones en un conductor metálico. Según la fórmula (15.2) donde e es el módulo de carga del electrón.
Sea, por ejemplo, la intensidad de la corriente I = 1 A y el área de la sección transversal del conductor S = 10 -6 m 2. Módulo de carga electrónica e = 1,6 · 10 -19 C. El número de electrones en 1 m 3 de cobre es igual al número de átomos en este volumen, ya que uno de los electrones de valencia de cada átomo de cobre está libre. Este número es n ≈ 8,5 10 28 m -3 (este número se puede determinar resolviendo el problema 6 del § 54). Por eso,
Como puede ver, la velocidad del movimiento ordenado de los electrones es muy baja. Es muchas veces menor que la velocidad del movimiento térmico de los electrones en el metal.
Condiciones necesarias para la existencia de corriente eléctrica.
Para el surgimiento y existencia de una corriente eléctrica constante en una sustancia, es necesario tener gratis partículas cargadas.
Sin embargo, esto todavía no es suficiente para que se produzca una corriente.
Para crear y mantener el movimiento ordenado de partículas cargadas, se requiere una fuerza que actúe sobre ellas en una determinada dirección.
Si esta fuerza deja de actuar, entonces el movimiento ordenado de partículas cargadas cesará debido a las colisiones con iones. red cristalina metales o moléculas de electrolitos neutros y los electrones se moverán aleatoriamente.
Como sabemos, las partículas cargadas se ven afectadas por campo eléctrico con fuerza:
Normalmente, es el campo eléctrico dentro del conductor el que provoca y mantiene el movimiento ordenado de las partículas cargadas.
Sólo en el caso estático, cuando las cargas están en reposo, el campo eléctrico dentro del conductor es cero.
Si hay un campo eléctrico dentro del conductor, entonces existe una diferencia de potencial entre los extremos del conductor de acuerdo con la fórmula (14.21). Como mostró el experimento, cuando la diferencia de potencial no cambia con el tiempo, una corriente electrica directa. A lo largo del conductor, el potencial disminuye desde el valor máximo en un extremo del conductor hasta el mínimo en el otro, ya que la carga positiva, bajo la influencia de las fuerzas del campo, se mueve en la dirección del potencial decreciente.
Estas partículas cargadas a menudo se denominan en teoría portadores de corriente. En conductores y semiconductores, los portadores de corriente son electrones; en electrolitos, iones cargados. En los gases, los portadores de carga pueden ser tanto electrones como iones. En los metales, por ejemplo, sólo los electrones pueden moverse. En consecuencia, la corriente eléctrica en ellos es el movimiento de electrones de conducción. Cabe señalar que el resultado del paso de corriente eléctrica en metales y soluciones conductoras de electricidad es significativamente diferente. No se producen procesos químicos en los metales cuando pasa la corriente. Mientras que en los electrolitos, bajo la influencia de la corriente, se liberan iones de sustancias en los electrodos (el fenómeno de la electrólisis). La diferencia en los resultados de la acción de la corriente se explica por el hecho de que los portadores de carga en el metal y el electrolito son fundamentalmente diferentes. En los metales son electrones libres que se han separado de los átomos; en soluciones son iones, es decir, átomos o sus grupos que tienen carga.
si, primero una condición necesaria La existencia de corriente eléctrica en cualquier sustancia es la presencia de portadores de corriente.
Para que las cargas estén en equilibrio, es necesario que la diferencia de potencial entre cualquier punto del conductor sea igual a cero. Si se viola esta condición, entonces no hay equilibrio y la carga se mueve. Por tanto, la segunda condición necesaria para la existencia de corriente eléctrica en un conductor es la creación de tensión entre determinados puntos.
El movimiento ordenado de cargas libres que se produce en un conductor como resultado de la acción de un campo eléctrico se llama corriente de conducción.
Sin embargo, observamos que el movimiento ordenado de partículas cargadas es posible si un conductor o dieléctrico cargado se mueve en el espacio. Esta corriente eléctrica se llama corriente de convección.
Mecanismo de implementación de corriente directa.
Para que la corriente fluya constantemente en un conductor, es necesario que algún dispositivo esté conectado al conductor (o un conjunto de conductores, una cadena de conductores), en el que el proceso de separación de cargas eléctricas ocurra constantemente y, por lo tanto, se mantenga. el voltaje en el circuito. Este dispositivo se llama fuente de corriente (generador). Las fuerzas que separan las cargas se llaman fuerzas extrañas. Son de origen no eléctrico y actúan únicamente dentro de la fuente. Cuando las cargas se separan, las fuerzas externas crean una diferencia de potencial entre los extremos del circuito.
Si una carga eléctrica se mueve a lo largo de un circuito cerrado, entonces el trabajo realizado por las fuerzas electrostáticas es cero. Esto significa que el trabajo total de las fuerzas ($A$) que actúan sobre la carga es igual al trabajo de las fuerzas externas ($A_(st)$). Cantidad fisica, que caracteriza la fuente actual - esto es fuente de campos electromagnéticos($(\mathcal E)$), se define como:
\[(\mathcal E)=\frac(A)(q)\left(1\right),\]
donde $q$ es una carga positiva. La carga avanza circuito cerrado. Los CEM no son una fuerza en el sentido literal. Unidad de medida $\left[(\mathcal E)\right]=В$.
La naturaleza de las fuerzas externas puede ser diferente, por ejemplo, en una celda galvánica, las fuerzas externas son el resultado de procesos electroquímicos. en el auto corriente continua tal fuerza es la fuerza de Lorentz.
Principales características de la corriente.
La dirección de la corriente se considera convencionalmente la dirección del movimiento de las partículas positivas. Esto significa que la dirección de la corriente en los metales es opuesta a la dirección del movimiento de las partículas.
La corriente eléctrica se caracteriza por la intensidad de la corriente. Actual ($I$) -- cantidad escalar, que es igual a la derivada de la carga ($q$) respecto del tiempo de la corriente que fluye por la superficie S:
La corriente puede ser constante o alterna. Si la intensidad de la corriente y su dirección no cambian con el tiempo, entonces dicha corriente se llama constante y, para ello, la expresión de la intensidad de la corriente se puede escribir como:
donde la corriente se define como la carga que pasa por la superficie S por unidad de tiempo.
En el sistema SI, la unidad básica de corriente es el amperio (A).
La característica vectorial local de la corriente es su densidad. El vector de densidad de corriente ($\overrightarrow(j)$) caracteriza cómo se distribuye la corriente sobre la sección transversal S. Este vector está dirigido en la dirección en la que se mueven las cargas positivas. El módulo del vector de densidad de corriente es igual a:
donde $dS"$ es la proyección de la superficie elemental $dS$ sobre un plano perpendicular al vector de densidad de corriente, $dI$ es el elemento de corriente que fluye a través de las superficies $dS\ y\ dS"$.
La densidad de corriente en un metal se puede representar como:
\[\overrightarrow(j)=-n_0q_e\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle \ \left(5\right),\]
donde $n_0$ es la concentración de electrones de conducción, $q_e=1.6(\cdot 10)^(-19)C$ es la carga del electrón, $\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle $ -- velocidad promedio movimiento ordenado de electrones. En densidades de corriente máximas $\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle =(10)^(-4)\frac(m)(s)$.
La ley física fundamental es la ley de conservación de la carga eléctrica. Si elegimos una superficie estacionaria cerrada arbitraria S (Fig. 1), que limita el volumen V, entonces la cantidad de electricidad que fluye por segundo desde el volumen V se define como $\oint\limits_S(j_ndS.)$ La misma cantidad de electricidad se puede expresar en términos de carga: $-\frac(\partial q)(\partial t)$, es decir, tenemos:
\[\frac(\partial q)(\partial t)=-\oint\limits_S(j_ndS\left(6\right),)\]
donde $j_n$ es la proyección del vector de densidad de corriente en la dirección de la normal al elemento de superficie $dS$, en este caso:
donde $\alpha $ es el ángulo entre la dirección de la normal a dS y el vector de densidad de corriente. La ecuación (6) utiliza una derivada parcial para enfatizar que la superficie S es estacionaria.
La ecuación (6) es la ley de conservación de la carga en electrodinámica macroscópica. Si la corriente es constante en el tiempo, entonces escribimos la ley de conservación de la carga en la forma:
\[\oint\limits_S(j_ndS=0\left(8\right).)\]
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Conferencia No. 12
Sujeto: "Corriente eléctrica".
Propósito de la conferencia:
Plano de conferencia.
1. El concepto de corriente de conducción. Vector actual y fuerza actual.
2. Forma diferencial de la ley de Ohm.
3. Consistente y conexión paralela conductores.
4. El motivo de la aparición de un campo eléctrico en un conductor, físico.
El significado del concepto de fuerzas externas.
5. Derivación de la ley de Ohm para todo el circuito.
6. Primera y segunda reglas de Kirchhoff.
7. Diferencia de potencial de contacto. Fenómenos termoeléctricos.
8. Corriente eléctrica en diversos ambientes.
9. Corriente en líquidos. Electrólisis. Las leyes de Faraday.
1. El concepto de corriente de conducción. Vector actual y fuerza actual.
Descarga eléctrica llamado movimiento ordenado de cargas eléctricas. Los portadores de corriente pueden ser electrones, iones y partículas cargadas.
Si se crea un campo eléctrico en un conductor, entonces las cargas eléctricas libres en él comenzarán a moverse: aparece una corriente, llamada corriente de conducción. Si un cuerpo cargado se mueve en el espacio, entonces actual llamado convección.
La corriente puede fluir hacia sólidos(metales), líquidos (electrolitos) y gases (la descarga de gas es causada por el movimiento de cargas positivas y negativas).
Los transportistas actuales son:
En metales: movimiento dirigido de electrones;
En líquidos - iones;
En gases: electrones e iones.
Para la dirección de la corriente. Se acostumbra aceptar la dirección del movimiento de las cargas positivas.
Para la aparición y existencia de corriente es necesario.:
la presencia de partículas cargadas libres;
la presencia de un campo eléctrico en un conductor.
La principal característica de la corriente es fuerza actual , que es igual a la cantidad de carga que pasa por la sección transversal del conductor en 1 segundo.
donde q es el monto del cargo;
t – tiempo de tránsito de la carga.
La fuerza actual es una cantidad escalar.
Una corriente cuya intensidad y dirección no cambian con el tiempo se llama permanente , de lo contrario - variables .
La corriente eléctrica sobre la superficie del conductor puede distribuirse de manera desigual, por lo que en algunos casos se utiliza concepto de densidad de corriente i .
La densidad de corriente promedio es igual a la relación entre la intensidad de la corriente y el área de la sección transversal del conductor.
, 
, (2)
donde J es el cambio de corriente;
S – cambio de área.
2. Forma diferencial de la ley de Ohm.
En 1826, el físico alemán Ohm estableció experimentalmente que la fuerza actual j en un conductor es directamente proporcional al voltaje Ud. entre sus extremos
, (3)
donde k es el coeficiente de proporcionalidad, llamado
conductividad eléctrica o conductividad; [k] = [Sm] (Siemens).
Magnitud 
(4)
llamado resistencia eléctrica del conductor .
Obtenemos la expresión
. (5)
Ley de Ohm para un sitio. circuito electrico, que no contiene una fuente actual
Expresamos a partir de esta fórmula. R
. 
(6)
La resistencia eléctrica depende de la forma, tamaño y sustancia del conductor.
Resistencia de los conductores directamente proporcional a su longitud yo e inversamente proporcional al área de la sección transversal S.
, (7)
donde – caracteriza el material del que está hecho el conductor y
llamado resistividad del conductor
.
Expresemos :
. (8)
La resistencia del conductor depende de la temperatura. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistencia.
dónde R 0 – resistencia del conductor a 0С;
t – temperatura;
– coeficiente de temperatura de resistencia
(para metal 0,04 grados -1).
La fórmula también es válida para la resistividad.
, (10)
donde 0 – resistividad conductor a 0С.
A bajas temperaturas (<8К) сопротивление некоторых металлов (алюминий, свинец, цинк и др.) скачкообразно уменьшается до нуля: металл становится guía absoluta.
Este fenómeno se llama superconductividad .
Sustituyamos la expresión (7) en (5)
. (11)
Reorganicemos los términos de la expresión.
, (12)
donde J/S=i – densidad de corriente;
1/= – conductividad específica de la sustancia conductora;
u/е=E – intensidad del campo eléctrico en el conductor.
(13)
Ley de Ohm en forma diferencial.
3. El motivo de la aparición de corriente eléctrica en el conductor.
Significado físico del concepto de fuerzas externas. El trabajo de fuerzas externas.
La ley de Ohm muestra que la densidad de corriente es directamente proporcional al voltaje. mi Campo eléctrico que actúa sobre cargas libres y provoca su movimiento ordenado.
¿Qué es el campo eléctrico en un conductor? Este es un campo electrostático creado por electrones e iones positivos (campo de fuerza de Coulomb).
Las fuerzas de Coulomb conducen a una redistribución de cargas libres, en la que el campo eléctrico en el conductor desaparece y los potenciales en todos los puntos se igualan. Por tanto, las fuerzas de Coulomb no pueden provocar la aparición de una corriente eléctrica directa.
Para mantener una corriente constante en un circuito, sobre las cargas libres deben actuar fuerzas de origen no eléctrico, llamadas fuerzas externas . Fuerzas externas Provocan la separación de cargas diferentes y mantienen una diferencia de potencial en los extremos del conductor. Se crea un campo eléctrico adicional de fuerzas externas en el conductor. fuentes actuales(celdas galvánicas, baterías, generadores eléctricos). Una fuente de fuerzas externas en un circuito de CC es tan necesaria como una bomba en un sistema hidráulico.
Debido al campo creado por fuerzas externas, las cargas eléctricas se mueven dentro de la fuente de corriente contra las fuerzas del campo electrostático. Debido a esto, se mantiene una diferencia de potencial en los extremos del circuito externo y una corriente eléctrica constante fluye en el circuito.
Las fuerzas de terceros realizan trabajo debido a la energía gastada en la fuente actual (mecánica, química, etc.).
El trabajo realizado por fuerzas externas sobre una unidad de carga positiva se llama fuerza electromotriz.
. (14)
4. Derivación de la ley de Ohm para todo el circuito eléctrico.
Sea un circuito eléctrico cerrado formado por una fuente de corriente con , con resistencia interna r y la parte exterior tiene resistencia R.
R – resistencia externa;
r – resistencia interna.
, (15)
Dónde 
– tensión a través de una resistencia externa; (16)
A – trabajo para mover la carga q dentro de la fuente actual,
es decir, trabajar en la resistencia interna. Entonces
,
(17)
porque 
, Eso
, (18)
reescribamos la expresión para
,
. (19)
Ya que según la ley de Ohm para un circuito eléctrico cerrado (=IR)
IR e Ir son la caída de voltaje en las secciones externa e interna del circuito, luego
. (20)
Ley de Ohm para un circuito eléctrico cerrado.
En un circuito eléctrico cerrado fuente de fuerza electromotriz La corriente es igual a la suma de las caídas de voltaje en todas las secciones del circuito.
5. Primera y segunda reglas de Kirchhoff.
En la práctica, a menudo es necesario calcular circuitos eléctricos de CC complejos. Un circuito eléctrico complejo consta de varios circuitos conductores cerrados que tienen secciones comunes. Cada circuito puede tener múltiples fuentes de corriente. La fuerza actual en áreas individuales puede ser diferente en magnitud y dirección.
La primera regla de Kirchhoff es una condición para que haya corriente constante en el circuito.
Llamemos nodo ramal a cualquier punto en el que convergen más de dos conductores, entonces La primera regla de Kirchhoff : La suma algebraica de la intensidad actual en el nodo de ramificación es cero.
, (21)
donde n es el número de conductores;
I i – corrientes en conductores.
Las corrientes que se acercan al nodo se consideran positivas y las que salen del nodo se consideran negativas.
Para nodo A La primera regla de Kirchhoff quedará escrita:
. (22)
La segunda regla de Kirchhoff es una generalización de la ley de Ohm a circuitos eléctricos ramificados. Suena así: En cualquier circuito cerrado de un circuito eléctrico ramificado, la suma algebraicaI i para la resistenciaR i las secciones correspondientes de este circuito es igual a la suma de la fem aplicada en él i
Para crear una ecuación, debe seleccionar la dirección de recorrido (en sentido horario o antihorario). Todas las corrientes que coinciden en dirección con la derivación del circuito se consideran positivas. La FEM de las fuentes de corriente se considera positiva si crean una corriente dirigida a evitar el circuito. Así, por ejemplo, la regla de Kirchhoff para las partes I, II, III.
Yo – 1 + 2 = –Yo 1 r 1 – Yo 1 R 1 + Yo 2 r 2 + Yo 2 R 2 .
II – 2 + 3 = –Yo 2 r 2 – Yo 2 R 2 – Yo 3 r 3 – Yo 3 R 3 .
III – 1 + 3 = –Yo 1 r 1 – Yo 1 R 1 – Yo 3 r 3 – Yo 3 R 3 .
A partir de estas ecuaciones se calculan los circuitos.
6. Diferencia de potencial de contacto. Fenómenos termoeléctricos.
Los electrones de un metal se encuentran en movimiento térmico aleatorio. Los electrones con mayor energía cinética pueden salir volando del metal al espacio circundante. Al mismo tiempo, actúan contra las fuerzas de atracción del exceso de carga positiva resultante de la emisión de electrones que se forman alrededor del conductor”. nube de electrones" Existe un equilibrio dinámico entre el gas de electrones en el metal y la "nube de electrones".
Función de trabajo de electrones. - este es el trabajo que hay que hacer para sacar un electrón del metal al espacio sin aire.
La falta de electrones en el conductor y el exceso en el espacio que lo rodea se manifiesta en una capa muy fina a ambos lados de la superficie del conductor (varias distancias interatómicas en el metal). Por tanto, la superficie del metal es una doble capa eléctrica, similar a un condensador muy fino.
La diferencia de potencial entre las placas del capacitor depende de la función de trabajo del electrón.
, (24)
donde e es la carga del electrón;
– diferencia de potencial de contacto entre el metal y
ambiente;
A – función de trabajo (electrón-voltio – E-V).
La función de trabajo depende de la naturaleza química del metal y del estado de su superficie (contaminación, humedad).
La aparición de una diferencia de potencial de contacto entre conductores metálicos en contacto se descubrió a finales del siglo XVIII. El físico italiano Volt. Él estableció experimentalmente Las dos leyes de Volta:
1. Al conectar dos conductores de diferentes metales, surge una diferencia de potencial de contacto entre ellos, que depende únicamente de la composición química y la temperatura.
2. La diferencia de potencial entre los extremos de un circuito formado por conductores metálicos conectados en serie situados a la misma temperatura no depende de la composición química de los conductores intermedios. Es igual a la diferencia de potencial de contacto que surge cuando los conductores más externos están conectados directamente.
Fenómenos termoeléctricos.
Considere un circuito cerrado que consta de dos conductores metálicos. 1 Y 2 . La fem aplicada a este circuito es igual a la suma algebraica de todos los saltos potenciales.
Si las temperaturas de las capas son iguales,
, entonces =0.
Si las temperaturas de las capas son diferentes, por ejemplo, 
, Entonces
, (26)
donde es una constante que caracteriza las propiedades del contacto de dos metales.
En este caso, en un circuito cerrado aparece. fuerza termoelectromotriz , directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambas capas.
Los fenómenos termoeléctricos en metales se utilizan ampliamente para medir la temperatura. Para ello se utilizan termopares o termopares, que son dos alambres hechos de diversos metales y aleaciones. Los extremos de estos cables están soldados. Una unión se coloca en un medio, temperatura t 1 que debe medirse, y el segundo, en un ambiente con una temperatura constante conocida.
Los termopares tienen una serie de ventajas sobre los termómetros convencionales: permiten medir temperaturas en un amplio rango, desde decenas hasta miles de grados en la escala absoluta. Los termopares tienen una gran sensibilidad y, por tanto, permiten medir diferencias de temperatura muy pequeñas (hasta 10 -6 grados). Por ejemplo: el constanten de hierro mide temperaturas de hasta 500 °C y tiene una sensibilidad de 5,3 10 -5 V/grado; platino-platino-rodio (90% platino y 10% rodio) tienen una sensibilidad de 6 10 -6 V/grado y se utilizan para medir temperaturas desde las más bajas hasta miles de grados.
Se puede utilizar un termopar para controlar los cambios de temperatura a lo largo del tiempo. La posibilidad de instalar un galvanómetro a una distancia considerable permite el uso de termopares en dispositivos automáticos. Para aumentar la sensibilidad de los termopares se utilizan sus conexiones en serie, llamadas termopilas.
7. Corriente eléctrica en diversos ambientes.
Corriente eléctrica en gases. .
Los gases en condiciones normales son dieléctricos , están formados por átomos y moléculas eléctricamente neutros.
Cuando los gases se ionizan, aparecen portadores de corriente eléctrica (cargas positivas).
La corriente eléctrica en los gases se llama descarga de gas . Para realizar una descarga de gas, debe existir un campo eléctrico o magnético en el tubo con gas ionizado.
Ionización de gases puede ocurrir bajo la influencia de influencias externas: fuerte calentamiento, rayos ultravioleta y X, radiación radiactiva, al bombardear átomos (moléculas) de gases con electrones o iones rápidos.
La medida del proceso de ionización es intensidad de ionización , medido por el número de pares de partículas con carga opuesta que surgen en una unidad de volumen de gas en un período de tiempo unitario.
Ionización de impacto Se llama separación de uno o más electrones de un átomo (molécula), provocada por la colisión de electrones o iones acelerados por un campo eléctrico en una descarga con átomos o moléculas de un gas.
1. Descarga de gas no autosostenida es la conductividad eléctrica de los gases causada por ionizadores externos.
Características corriente-voltaje de la descarga de gas.: A medida que U aumenta, el número de partículas cargadas que llegan al electrodo aumenta y la corriente aumenta a I = I. A , en el que todas las partículas cargadas llegan a los electrodos. En este caso, U=Uк
, (27)
corriente de saturación
donde e es la carga elemental;
N 0 – número máximo de pares de iones monovalentes formados
en un volumen de gas en 1 s.
Fuerte aumento de la corriente en la zona AB asociado con la aparición de ionización por impacto.
2. Descarga de gas autosostenida – una descarga que continúa después de la terminación del ionizador externo. Mantenido y desarrollado debido a la ionización de impacto.
Una descarga de gas no autosostenida se vuelve autosostenida cuando Ud. h– tensión de encendido. El proceso de tal transición se llama avería eléctrica del gas .
Dependiendo de la presión y el voltaje del gas, existen:
1) descarga luminosa;
2) descarga en corona;
3) descarga de chispas;
4) descarga de arco.
Descarga luminosa Utilizado en tubos de luz de gas, láseres de gas.
Descarga de corona – utilizado para la desinfección de semillas de cultivos agrícolas.
Descarga de chispa – rayos (corrientes de hasta varios miles de amperios, longitud – varios kilómetros).
Descarga de arco (T=3000 °C – a presión atmosférica, la temperatura del gas es de 5000...6000 °C). Se utiliza como fuente de luz en potentes focos y equipos de proyección.
Plasma – un estado especial de agregación de una sustancia, caracterizado por un alto grado de ionización de sus partículas.
El plasma se divide en
– débilmente ionizado( – fracciones de porcentaje – capas superiores de la atmósfera, ionosfera);
– parcialmente ionizado(alguno %);
– completamente ionizado(sol, estrellas calientes, algunas nubes interestelares).
El plasma creado artificialmente se utiliza en lámparas de descarga de gas, fuentes de energía eléctrica de plasma y generadores magnetodinámicos.
Fenómenos de emisión :
1. Emisión de fotoelectrones – eyección de electrones de la superficie de los metales en el vacío bajo la influencia de la luz.
2. Emisión termoiónica – la emisión de electrones por cuerpos sólidos o líquidos cuando se calientan.
3. Emisión de electrones secundarios – un contraflujo de electrones desde una superficie bombardeada por electrones en el vacío.
Los dispositivos basados en el fenómeno de la emisión termoiónica se denominan tubos electronicos .
Considere usted mismo el diodo y el triodo.
Corriente eléctrica en sólidos. .
El metal es una red cristalina. Los iones de sitio cargados positivamente crean un campo eléctrico dentro del metal. Los nodos de la red están ubicados en un orden estricto, por lo que el campo que crean es una función periódica de las coordenadas. Por tanto, los electrones sólo pueden estar en determinados estados correspondientes a valores discretos de su energía.
Dado que en los sólidos un electrón interactúa no solo con su propio átomo, sino también con otros átomos de la red cristalina, los niveles de energía de los átomos se dividen con la formación. banda de energía .
En la figura. Se muestra la división de los niveles de energía de los átomos aislados a medida que se acercan entre sí y la formación de bandas de energía.
La energía de estos electrones puede encontrarse dentro de las áreas sombreadas llamadas zonas de energía permitidas . Niveles discretos separados por áreas. valores energéticos ilegales – zonas prohibidas (su ancho es proporcional al ancho de las zonas prohibidas).
Las diferencias en las propiedades eléctricas de diferentes tipos de sólidos se explican por:
1) el ancho de las bandas de energía prohibida;
2) diferente llenado de bandas de energía permitidas con electrones
(conductor dieléctrico).
8. Corriente en líquidos. Electrólisis. Las leyes de Faraday.
Las observaciones han demostrado que muchos líquidos conducen muy mal la electricidad (agua destilada, glicerina, queroseno, etc.). Las soluciones acuosas de sales, ácidos y álcalis conducen bien la electricidad.
Electrólisis – el paso de corriente a través de un líquido, provocando la liberación de sustancias que componen el electrolito en los electrodos.
Electrolitos – sustancias con conductividad iónica. Conductividad iónica – movimiento ordenado de iones bajo la influencia de un campo eléctrico. iones - átomos o moléculas que han perdido o ganado uno o más electrones. Iones positivos – cationes, negativo - aniones.
Los electrodos crean un campo eléctrico en el líquido (“+” – ánodo, “–” – cátodo). Los iones positivos (cationes) se mueven hacia el cátodo, los iones negativos hacia el ánodo.
Se explica la aparición de iones en los electrolitos. disociación eléctrica – la descomposición de moléculas de una sustancia soluble en iones positivos y negativos como resultado de la interacción con el disolvente (Na + Cl - ; H + Cl - ; K + I - ...).
Grado de disociación llamado número de moléculas norte 0 , disociados en iones, al número total de moléculas norte 0
. (28)
Durante el movimiento térmico de los iones, se produce un proceso inverso de reunificación de iones, llamado recombinación .
Leyes de M. Faraday (1834).
La masa de la sustancia liberada en el electrodo es directamente proporcional a la carga eléctrica. q pasó a través del electrolito
o 
, (29)
donde k es el equivalente electroquímico de la sustancia; igual a la masa de la sustancia
liberado al pasar a través de la unidad de electrolito
cantidad de electricidad.
, (30)
donde I es la corriente continua que pasa a través del electrolito.
Los equivalentes electroquímicos de sustancias son directamente proporcionales a la relación entre sus masas atómicas (molares) y su valencia n.
, (31)
donde A es la masa atómica;
norte – valencia.
la constante de faraday
donde C es una constante universal para todos los elementos.
F = 9,648 10 4 C/mol
El significado físico se deriva de la ley unificada de electrólisis de Faraday.
Campos creados por una carga... resistencia de carga del condensador actual Las resistencias en el circuito son conocidas y actual. Determinar... Solución: voltaje en el circuito. . - actual en la cadena. - resistencia del circuito equivalente. -...
Eléctrico actual en diversos entornos (2)
Resumen >> Física... Eléctrico Actual en Gases En los gases hay no independientes e independientes. eléctrico filas. Fenómeno de fuga eléctrico actual... aire, entonces eléctrico actual no aparece en el vacío, no hay portadores eléctrico actual. Científico estadounidense...
Eléctrico actual en conductores líquidos
Informe de prácticas >> Física1 El proceso de electrólisis en soluciones y masas fundidas de electrolitos. Eléctrico actual en metales ninguno procesos quimicos no... hay una clase de conductores en los que eléctrico actual siempre acompañado de ciertos cambios químicos...