Тодорхой хүч чадлын цахилгаан гүйдэл. Шууд цахилгаан гүйдэл

« Физик - 10-р анги"

Цахилгаан- цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн чиглэсэн хөдөлгөөн. Цахилгаан гүйдлийн ачаар орон сууцыг гэрэлтүүлж, машин механизмыг хөдөлгөж, цахилгаан зууханд шатаагч халааж, радио ажилладаг гэх мэт.

Цэнэглэсэн бөөмсийн чиглэсэн хөдөлгөөний хамгийн энгийн тохиолдлыг авч үзье - шууд гүйдэл.

Ямар цахилгаан цэнэгийг энгийн гэж нэрлэдэг вэ?
Энгийн цахилгаан цэнэг гэж юу вэ?
Диэлектрик ба дамжуулагчийн цэнэгийн хооронд ямар ялгаа байдаг вэ?

Цэнэглэгдсэн хэсгүүд нь дамжуулагч дотор хөдөлж байх үед дамжуулалт үүсдэг цахилгаан цэнэгнэг цэгээс нөгөө рүү. Гэсэн хэдий ч, хэрэв цэнэглэгдсэн хэсгүүд нь метал дахь чөлөөт электронууд гэх мэт санамсаргүй дулааны хөдөлгөөнд өртдөг бол цэнэгийн шилжилт явагдахгүй (Зураг 15.1, а). Дамжуулагчийн хөндлөн огтлол нь дунджаар хоёр эсрэг чиглэлд ижил тооны электроныг гаталж байна. Цахилгаан цэнэгийг дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор дамжуулж, зөвхөн санамсаргүй хөдөлгөөний зэрэгцээ электронууд чиглэсэн хөдөлгөөнд оролцдог (Зураг 15.1, b). Энэ тохиолдолд кондуктор явдаг гэж ярьдаг цахилгаан .

Цахилгаан гүйдэл нь цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн дараалсан (чиглүүлсэн) хөдөлгөөн юм.

Цахилгаан гүйдэл нь тодорхой чиглэлтэй байдаг.

Гүйдлийн чиглэлийг эерэг цэнэгтэй бөөмсийн хөдөлгөөний чиглэл гэж авна.

Хэрэв та ерөнхийдөө төвийг сахисан биеийг хөдөлгөж байгаа бол асар олон тооны электронуудын захиалгат хөдөлгөөнийг үл харгалзан ба атомын цөмүүд, цахилгаан гүйдэл үүсэхгүй. Янз бүрийн тэмдгийн цэнэгүүд ижил дундаж хурдтайгаар хөдөлдөг тул аливаа хөндлөн огтлолоор дамжсан нийт цэнэг тэгтэй тэнцүү байх болно.

Гүйдлийн чиглэл нь хүчдэлийн векторын чиглэлтэй давхцдаг цахилгаан орон. Хэрэв гүйдэл нь сөрөг цэнэгтэй бөөмсийн хөдөлгөөнөөр үүссэн бол гүйдлийн чиглэлийг бөөмсийн хөдөлгөөний чиглэлийн эсрэг гэж үзнэ.

Ихэнх тохиолдолд гүйдэл нь сөрөг цэнэгтэй бөөмс болох электронуудын дараалсан хөдөлгөөнийг илэрхийлдэг тул одоогийн чиглэлийг сонгох нь тийм ч амжилттай биш юм. Метал дахь чөлөөт электронуудын талаар юу ч мэдэгдээгүй үед одоогийн чиглэлийн сонголтыг хийсэн.

Гүйдлийн үйлдэл.

Бид дамжуулагч дахь бөөмсийн хөдөлгөөнийг шууд хардаггүй. Цахилгаан гүйдэл байгаа эсэхийг түүнийг дагалдаж буй үйлдэл, үзэгдлээс дүгнэх ёстой.

Нэгдүгээрт, гүйдэл дамждаг дамжуулагч халаана.

Хоёрдугаарт, цахилгаан гүйдэл өөрчлөгдөж болно химийн найрлагадамжуулагч: жишээлбэл, түүний химийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тусгаарлах (уусмалаас зэс зэсийн сульфатгэх мэт).

Гуравдугаарт, гүйдэл нь хөрш зэргэлдээх гүйдэл болон соронзлогдсон биетүүдэд хүчтэй нөлөө үзүүлдэг. Гүйдлийн энэ үйлдлийг гэж нэрлэдэг соронзон.

Тиймээс гүйдэл дамжуулагчийн ойролцоо соронзон зүү эргэлддэг. Гүйдлийн соронзон нөлөө нь химийн болон дулааны нөлөөллөөс ялгаатай нь гол зүйл юм, учир нь энэ нь үл хамаарах зүйлгүйгээр бүх дамжуулагчдад илэрдэг. Химийн үйлдэлгүйдэл нь зөвхөн электролитийн уусмал ба хайлмалд ажиглагддаг бөгөөд хэт дамжуулагчд халаалт байхгүй.

Улайсдаг гэрлийн чийдэнгийн хувьд цахилгаан гүйдэл дамжихаас болж харагдахуйц гэрэл гарч, цахилгаан мотор нь механик ажил гүйцэтгэдэг.

Одоогийн хүч чадал.

Хэрэв хэлхээнд цахилгаан гүйдэл урсдаг бол энэ нь дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор цахилгаан цэнэгийг байнга дамжуулдаг гэсэн үг юм.

Нэгж хугацаанд шилжүүлсэн цэнэг нь гүйдлийн үндсэн тоон шинж чанар болдог одоогийн хүч.

Хэрэв Δt хугацааны туршид дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор Δq цэнэгийг шилжүүлбэл гүйдлийн дундаж утга нь тэнцүү байна.

Гүйдлийн дундаж хүч нь Δt хугацааны интервалд дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор дамжин өнгөрөх Δq цэнэгийн энэ хугацааны харьцаатай тэнцүү байна.

Хэрэв одоогийн хүч нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөхгүй бол гүйдлийг дуудна байнгын.

Хүч Хувьсах гүйдлийнВ Энэ мөчхугацааг мөн томъёогоор (15.1) тодорхойлно, гэхдээ энэ тохиолдолд Δt хугацааны интервал маш бага байх ёстой.

Одоогийн хүч нь цэнэгийн нэгэн адил скаляр хэмжигдэхүүн юм. Тэр ийм байж магадгүй эерэг, тийм сөрөг. Гүйдлийн тэмдэг нь хэлхээний эргэн тойрон дахь чиглэлүүдийн аль нь эерэг байхаас хамаарна. Хэрэв гүйдлийн чиглэл нь дамжуулагчийн дагуу нөхцөлт сонгосон эерэг чиглэлтэй давхцаж байвал гүйдлийн хүч I > 0 байна. Үгүй бол би< 0.

Одоогийн хүч ба бөөмсийн чиглэлтэй хөдөлгөөний хурд хоорондын хамаарал.

Цилиндр дамжуулагч (Зураг 15.2) нь S талбайтай хөндлөн огтлолтой байг.

Дамжуулагч дахь гүйдлийн эерэг чиглэлийн хувьд бид зүүнээс баруун тийш чиглэлийг авна. Бөөм бүрийн цэнэгийг q 0-тэй тэнцүү гэж үзнэ. Тэдний хооронд Δl зайтай 1 ба 2-р хөндлөн огтлолоор хязгаарлагдсан дамжуулагчийн эзэлхүүн нь nSΔl тоосонцорыг агуулдаг ба энд n нь бөөмсийн (гүйдлийн тээвэрлэгч) концентраци юм. Сонгосон эзлэхүүн дэх тэдний нийт цэнэг q = q 0 nSΔl байна. Хэрэв бөөмс зүүнээс баруун тийш дундаж хурдаар υ хөдөлж байвал тухайн хугацаанд авч үзэж буй эзэлхүүнд агуулагдах бүх бөөмс 2-р хөндлөн огтлолоор дамжин өнгөрөх болно. Тиймээс одоогийн хүч нь дараахтай тэнцүү байна.

Гүйдлийн SI нэгж нь ампер (A) юм.

Энэ нэгж нь гүйдлийн соронзон харилцан үйлчлэлийн үндсэн дээр байгуулагдсан.

Одоогийн хүчийг хэмжих амперметр. Эдгээр төхөөрөмжүүдийн дизайны зарчим нь дээр суурилдаг соронзон үйлдэлОдоогийн

Дамжуулагч дахь электронуудын дараалсан хөдөлгөөний хурд.

Метал дамжуулагч дахь электронуудын дараалсан хөдөлгөөний хурдыг олцгооё. Томъёоны дагуу (15.2) энд e нь электрон цэнэгийн модуль юм.

Жишээлбэл, одоогийн хүч нь I = 1 А, дамжуулагчийн хөндлөн огтлолын талбай S = 10 -6 м 2 байна. Электрон цэнэгийн модуль e = 1.6 10 -19 С. Зэсийн атом бүрийн валентийн электронуудын нэг нь чөлөөтэй байдаг тул 1 м 3 зэс дэх электронуудын тоо нь энэ эзэлхүүн дэх атомуудын тоотой тэнцүү байна. Энэ тоо нь n ≈ 8.5 10 28 m -3 (энэ тоог § 54-ээс 6-р бодлогыг шийдэж болно). Тиймээс,

Таны харж байгаагаар электронуудын дараалсан хөдөлгөөний хурд маш бага байна. Энэ нь метал дахь электронуудын дулааны хөдөлгөөний хурдаас хэд дахин бага юм.

Цахилгаан гүйдэл бий болоход шаардлагатай нөхцөлүүд.

Бодис дотор тогтмол цахилгаан гүйдэл үүсч, оршин тогтнохын тулд заавал байх ёстой үнэгүйцэнэглэгдсэн хэсгүүд.

Гэсэн хэдий ч энэ нь гүйдэл үүсэхэд хангалтгүй хэвээр байна.

Цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн эмх цэгцтэй хөдөлгөөнийг бий болгож, хадгалахын тулд тодорхой чиглэлд тэдэнд үйлчлэх хүч шаардлагатай.

Хэрэв энэ хүч үйлчлэхээ больвол ионуудтай мөргөлдсөний улмаас цэнэглэгдсэн бөөмсийн дараалсан хөдөлгөөн зогсох болно. болор торметалл эсвэл төвийг сахисан электролитийн молекулууд болон электронууд санамсаргүй байдлаар хөдөлдөг.

Бидний мэдэж байгаагаар цэнэглэгдсэн тоосонцор нөлөөлдөг цахилгаан оронхүчээр:

Ихэвчлэн дамжуулагчийн доторх цахилгаан орон нь цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн дараалсан хөдөлгөөнийг үүсгэж, хадгалдаг.
Зөвхөн статик тохиолдолд цэнэгүүд тайван байх үед дамжуулагчийн доторх цахилгаан орон тэг болно.

Хэрэв дамжуулагчийн дотор цахилгаан орон байгаа бол (14.21) томъёоны дагуу дамжуулагчийн төгсгөлүүдийн хооронд боломжит зөрүү байна. Туршилтаас харахад боломжит зөрүү нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй үед а шууд цахилгаан гүйдэл. Дамжуулагчийн дагуу хээрийн хүчний нөлөөн дор эерэг цэнэг нь потенциал буурах чиглэлд шилждэг тул дамжуулагчийн нэг төгсгөл дэх хамгийн их утгаас нөгөө талд хамгийн бага хүртэл буурдаг.

Эдгээр цэнэглэгдсэн хэсгүүдийг онолын хувьд ихэвчлэн одоогийн тээвэрлэгч гэж нэрлэдэг. Дамжуулагч ба хагас дамжуулагчийн хувьд гүйдэл дамжуулагч нь электролит дахь электронууд, цэнэглэгдсэн ионууд; Хийн хувьд цэнэг зөөгч нь электрон ба ион хоёулаа байж болно. Жишээлбэл, металлын хувьд зөвхөн электронууд л хөдөлдөг. Үүний үр дүнд тэдгээрийн доторх цахилгаан гүйдэл нь дамжуулагч электронуудын хөдөлгөөн юм. Металл болон цахилгаан дамжуулагч уусмал дахь цахилгаан гүйдэл дамжих үр дүн нь мэдэгдэхүйц ялгаатай гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Металл гүйдэл дамжих үед химийн процесс явагдахгүй. Харин электролитийн хувьд гүйдлийн нөлөөн дор электродууд дээр бодисын ионууд ялгардаг (электролизийн үзэгдэл). Гүйдлийн үйл ажиллагааны үр дүнгийн ялгаа нь метал ба электролит дахь цэнэгийн тээвэрлэгчид үндсэндээ өөр өөр байдагтай холбон тайлбарладаг. Металлын хувьд эдгээр нь атомаас тусгаарлагдсан чөлөөт электронууд бөгөөд эдгээр нь ионууд, өөрөөр хэлбэл цэнэгтэй атомууд юм.

Тийм ээ, эхлээд зайлшгүй нөхцөлАливаа бодист цахилгаан гүйдэл байгаа нь гүйдэл тээгч байх явдал юм.

Цэнэгүүд тэнцвэртэй байхын тулд дамжуулагчийн аль ч цэгийн хоорондох потенциалын зөрүү тэгтэй тэнцүү байх шаардлагатай. Хэрэв энэ нөхцлийг зөрчсөн бол тэнцвэр байхгүй бол цэнэг хөдөлдөг. Тиймээс дамжуулагчийн цахилгаан гүйдэл байх хоёр дахь зайлшгүй нөхцөл бол тодорхой цэгүүдийн хооронд хүчдэл үүсгэх явдал юм.

Цахилгаан талбайн үйлчлэлийн үр дүнд дамжуулагч дотор үүсэх чөлөөт цэнэгийн дараалсан хөдөлгөөнийг дамжуулагч гүйдэл гэж нэрлэдэг.

Гэсэн хэдий ч цэнэглэгдсэн дамжуулагч эсвэл диэлектрикийг орон зайд хөдөлгөх тохиолдолд цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн дараалсан хөдөлгөөн боломжтой гэдгийг бид тэмдэглэж байна. Ийм цахилгаан гүйдлийг конвекцийн гүйдэл гэж нэрлэдэг.

Шууд гүйдлийг хэрэгжүүлэх механизм

Дамжуулагчид гүйдэл байнга урсахын тулд цахилгаан цэнэгийг салгах үйл явц байнга явагддаг дамжуулагчтай (эсвэл дамжуулагчийн багц - дамжуулагчийн гинж) зарим төхөөрөмжийг холбох шаардлагатай. хэлхээн дэх хүчдэл. Энэ төхөөрөмжийг одоогийн эх үүсвэр (генератор) гэж нэрлэдэг. Цэнэгүүдийг салгах хүчийг гадны хүч гэж нэрлэдэг. Тэдгээр нь цахилгаан биш бөгөөд зөвхөн эх үүсвэр дотор үйлчилдэг. Цэнэгүүдийг салгах үед гадны хүч нь хэлхээний төгсгөлүүдийн хооронд боломжит зөрүү үүсгэдэг.

Хэрэв цахилгаан цэнэг хаалттай хэлхээний дагуу хөдөлж байвал цахилгаан статик хүчний хийсэн ажил тэг болно. Энэ нь цэнэг дээр ажиллах хүчний нийт ажил ($A$) нь гадны хүчний ажилтай ($A_(st)$) тэнцүү байна гэсэн үг. Физик хэмжигдэхүүн, одоогийн эх сурвалжийг тодорхойлдог - энэ бол EMF эх үүсвэр($(\маткал Е)$), үүнийг дараах байдлаар тодорхойлно:

\[(\маткал Е)=\frac(A)(q)\left(1\баруун),\]

Энд $q$ нь эерэг цэнэг юм. Цэнэг нь хөдөлдөг хаалттай гогцоо. EMF нь шууд утгаараа хүч биш юм. Хэмжих нэгж $\left[(\mathcal E)\right]=В$.

Гадны хүчний шинж чанар нь өөр байж болно, жишээлбэл, гальваник эсэд гадны хүч нь цахилгаан химийн процессын үр дүн юм. Машинд шууд гүйдэлийм хүч бол Лоренцын хүч юм.

Гүйдлийн үндсэн шинж чанарууд

Гүйдлийн чиглэлийг уламжлалт байдлаар эерэг хэсгүүдийн хөдөлгөөний чиглэл гэж үздэг. Энэ нь металл дахь гүйдлийн чиглэл нь бөөмийн хөдөлгөөний чиглэлийн эсрэг байна гэсэн үг юм.

Цахилгаан гүйдэл нь одоогийн хүч чадлаар тодорхойлогддог. Одоогийн ($I$) -- скаляр хэмжигдэхүүн, энэ нь S гадаргуугаар урсах гүйдлийн цаг хугацааны цэнэгийн дериватив ($q$)-тай тэнцүү байна.

Гүйдэл нь тогтмол эсвэл ээлжлэн байж болно. Хэрэв гүйдлийн хүч ба түүний чиглэл цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөхгүй бол ийм гүйдлийг тогтмол гэж нэрлэдэг бөгөөд түүний хувьд одоогийн хүчийг илэрхийлэхийг дараах байдлаар бичиж болно.

Энд гүйдэл нь нэгж хугацаанд S гадаргуугаар дамжин өнгөрөх цэнэг гэж тодорхойлогддог.

SI системд гүйдлийн үндсэн нэгж нь Ампер (А) юм.

Гүйдлийн орон нутгийн вектор шинж чанар нь түүний нягтрал юм. Гүйдлийн нягтын вектор ($\overrightarrow(j)$) нь гүйдэл S хөндлөн огтлол дээр хэрхэн тархаж байгааг тодорхойлдог. Энэ вектор нь эерэг цэнэг хөдөлж буй чиглэлд чиглэнэ. Одоогийн нягтын векторын модуль нь дараахтай тэнцүү байна.

Энд $dS"$ нь $dS$ энгийн гадаргуугийн одоогийн нягтын вектортой перпендикуляр хавтгай дээрх проекц, $dI$ нь $dS\ ба \ dS"$ гадаргуугаар урсах гүйдлийн элемент юм.

Металлын одоогийн нягтыг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

\[\overrightarrow(j)=-n_0q_e\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle \ \left(5\right),\]

$n_0$ нь дамжуулагч электронуудын концентраци, $q_e=1.6(\cdot 10)^(-19)C$ нь электрон цэнэг, $\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle $ -- дундаж хурдэлектронуудын дараалсан хөдөлгөөн. Хамгийн их гүйдлийн нягтын үед $\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle =(10)^(-4)\frac(m)(s)$.

Физикийн үндсэн хууль бол цахилгаан цэнэгийг хадгалах хууль юм. Хэрэв бид V эзэлхүүнийг хязгаарлах дурын хаалттай хөдөлгөөнгүй гадаргууг S (Зураг 1) сонговол V эзэлхүүнээс секундэд урсах цахилгааны хэмжээг $\oint\limits_S(j_ndS.)$ гэж тодорхойлно. цахилгаан эрчим хүчийг цэнэгээр илэрхийлж болно: $-\frac(\хэсэг q)(\хэсэг t)$, өөрөөр хэлбэл бидэнд:

\[\frac(\partial q)(\partial t)=-\oint\limits_S(j_ndS\left(6\баруун),)\]

Энд $j_n$ нь одоогийн нягтын векторын $dS$ гадаргуугийн элементийн нормаль чиглэл рүү чиглэсэн проекц бөгөөд энэ тохиолдолд:

Энд $\alpha $ нь нормоос dS хүртэлх чиглэл ба одоогийн нягтын вектор хоорондын өнцөг юм. Тэгшитгэл (6) нь S гадаргуу нь хөдөлгөөнгүй гэдгийг онцлон тэмдэглэхийн тулд хэсэгчилсэн деривативыг ашигладаг.

Тэгшитгэл (6) нь макроскопийн электродинамик дахь цэнэгийн хадгалалтын хууль юм. Хэрэв гүйдэл цаг хугацааны хувьд тогтмол байвал бид цэнэгийн хадгалалтын хуулийг дараах хэлбэрээр бичнэ.

\[\oint\limits_S(j_ndS=0\зүүн(8\баруун).)\]

Бүрэн текст хайх:

Хаанаас үзэх вэ:

хаа сайгүй
зөвхөн гарчигт
зөвхөн текстээр

Татаж авах:

тайлбар
текст дэх үгс
зөвхөн толгой хэсэг

Нүүр хуудас > Хураангуй > Физик

Лекц №12

Сэдэв: "Цахилгаан".

Лекцийн зорилго:

Лекцийн төлөвлөгөө.

1. Дамжуулах гүйдлийн тухай ойлголт. Одоогийн вектор ба одоогийн хүч.

2. Ом хуулийн дифференциал хэлбэр.

3. Тогтвортой ба зэрэгцээ холболтдамжуулагчид.

4. Дамжуулагчид цахилгаан орон үүсэх шалтгаан, физик
гадаад хүчний тухай ойлголтын утга.

5. Бүхэл хэлхээний Ом хуулийн гарал үүсэлтэй.

6. Кирхгофын нэг ба хоёрдугаар дүрэм.

7. Холбоо барих боломжит зөрүү. Термоэлектрик үзэгдлүүд.

8. Янз бүрийн орчинд цахилгаан гүйдэл.

9. Шингэн дэх гүйдэл. Электролиз. Фарадейгийн хуулиуд.

1. Дамжуулах гүйдлийн тухай ойлголт. Одоогийн вектор ба одоогийн хүч.

Цахилгаан цохих цахилгаан цэнэгийн захиалгат хөдөлгөөн гэж нэрлэдэг. Одоогийн тээвэрлэгч нь электрон, ион, цэнэгтэй бөөмс байж болно.

Хэрэв дамжуулагч дотор цахилгаан орон үүссэн бол түүний доторх чөлөөт цахилгаан цэнэгүүд хөдөлж эхэлнэ - гүйдэл гарч ирнэ. дамжуулах гүйдэл.Хэрэв цэнэглэгдсэн бие орон зайд хөдөлдөг бол Одоогийн конвекц гэж нэрлэдэг.

Гүйдэл дотогшоо урсаж болно хатуу бодис(металл), шингэн (электролит) ба хий (хийн ялгаралт нь эерэг ба сөрөг цэнэгийн хөдөлгөөнөөс үүсдэг).

Одоогийн тээвэрлэгчид нь:

Металлуудад - электронуудын чиглэсэн хөдөлгөөн;

Шингэн дэх ионууд;

Хийд - электрон ба ионууд.

Гүйдлийн чиглэлийн хувьд Эерэг цэнэгийн хөдөлгөөний чиглэлийг хүлээн зөвшөөрдөг заншилтай.

Гүйдэл үүсэх, оршин тогтнохын тулд энэ нь зайлшгүй шаардлагатай:

чөлөөт цэнэглэгдсэн тоосонцор байгаа эсэх;

дамжуулагч дахь цахилгаан орон байгаа эсэх.

Гүйдлийн гол шинж чанар нь одоогийн хүч , энэ нь 1 секундын дотор дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор дамжих цэнэгийн хэмжээтэй тэнцүү байна.

энд q нь цэнэгийн хэмжээ;

t – цэнэглэх дамжих хугацаа.

Одоогийн хүч нь скаляр хэмжигдэхүүн юм.

Хүч чадал, чиглэл нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй гүйдлийг гэнэ байнгын , эс бөгөөс - хувьсагч .

Дамжуулагчийн гадаргуу дээрх цахилгаан гүйдэл жигд бус тархсан байж болзошгүй тул зарим тохиолдолд тэдгээрийг ашигладаг. гүйдлийн нягтын тухай ойлголт би .

Гүйдлийн дундаж нягт нь гүйдлийн хүчийг дамжуулагчийн хөндлөн огтлолын харьцаатай тэнцүү байна.

,



, (2)

Энд J нь гүйдлийн өөрчлөлт;

S - талбайн өөрчлөлт.

2. Ом хуулийн дифференциал хэлбэр.

1826 онд Германы физикч Ом туршилтаар одоогийн хүчийг тогтоожээ Ждамжуулагч дахь хүчдэл нь шууд пропорциональ байна Утүүний төгсгөлүүдийн хооронд

, (3)

Энд k нь пропорциональ коэффициент гэж нэрлэдэг
цахилгаан дамжуулах чанар буюу дамжуулах чанар; [k] = [Sm] (Siemens).

Хэмжээ

(4)

дуудсан дамжуулагчийн цахилгаан эсэргүүцэл .

Бид илэрхийлэлийг олж авдаг

. (5)

Сайтын Ом хууль цахилгаан хэлхээ, одоогийн эх үүсвэр агуулаагүй

Бид энэ томъёогоор илэрхийлнэ Р

.

(6)

Цахилгаан эсэргүүцэл нь дамжуулагчийн хэлбэр, хэмжээ, бодисоос хамаарна.

Дамжуулагчийн эсэргүүцэл урттай шууд пропорциональ байна лмөн хөндлөн огтлолын талбайтай урвуу пропорциональ байна С.

, (7)

Энд  – дамжуулагчийг хийсэн материалын шинж чанар ба
дуудсан дамжуулагчийн эсэргүүцэл .

 илэрхийлье:

. (8)

Дамжуулагчийн эсэргүүцэл нь температураас хамаарна. Температур нэмэгдэхийн хэрээр эсэргүүцэл нэмэгддэг

энд R 0 – дамжуулагчийн эсэргүүцэл 0С;

t - температур;

 – эсэргүүцлийн температурын коэффициент
(металлын хувьд   0.04 градус -1).

Томъёо нь эсэргүүцлийн хувьд бас хүчинтэй

, (10)

хаана  0 - эсэргүүцэл 0С-ийн дамжуулагч.

Бага температурт (<8К) сопротивление некоторых металлов (алюминий, свинец, цинк и др.) скачкообразно уменьшается до нуля: металл становится үнэмлэхүй хөтөч.

Энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэг хэт дамжуулалт .

(7) илэрхийллийг (5) гэж орлъё.

. (11)

Илэрхийллийн нэр томъёог дахин цэгцэлье

, (12)

Энд J/S=i – гүйдлийн нягт;

1/= – дамжуулагч бодисын хувийн дамжуулах чанар;

u/е=E – дамжуулагч дахь цахилгаан орны хүч.

(13)

Дифференциал хэлбэрийн Ом хууль.

3. Дамжуулагч дахь цахилгаан гүйдэл үүсэх шалтгаан.
Гадаад хүчний тухай ойлголтын физик утга. Гадны хүчний ажил.

Ом-ын хууль нь одоогийн нягт нь хүчдэлтэй шууд пропорциональ гэдгийг харуулж байна Эцахилгаан орон нь үнэ төлбөргүй ажиллаж, тэдгээрийн захиалгат хөдөлгөөнийг үүсгэдэг.

Дамжуулагч дахь цахилгаан орон гэж юу вэ? Энэ нь электрон ба эерэг ионуудын (Куломын хүчний талбар) үүсгэсэн электростатик орон юм.

Кулоны хүч нь чөлөөт цэнэгийн дахин хуваарилалтад хүргэдэг бөгөөд ингэснээр дамжуулагч дахь цахилгаан орон алга болж, бүх цэг дэх потенциалууд тэнцүү болно. Тиймээс Кулоны хүч нь шууд цахилгаан гүйдлийн харагдах байдлыг үүсгэж чадахгүй.

Хэлхээнд тогтмол гүйдлийг хадгалахын тулд цахилгаан бус гарал үүслийн хүч нь чөлөөт цэнэгээр ажиллах ёстой. гадны хүчин . Гадны хүчнүүдялгаатай цэнэгүүдийг салгахад хүргэж, дамжуулагчийн төгсгөлд боломжит зөрүүг хадгалах. Дамжуулагчид гадны хүчний нэмэлт цахилгаан орон үүсдэг одоогийн эх сурвалжууд(галван эс, батерей, цахилгаан үүсгүүр). Тогтмол гүйдлийн хэлхээнд гадны хүчний эх үүсвэр нь гидравлик систем дэх насос шиг зайлшгүй шаардлагатай.

Гадны хүчнээс үүссэн талбайн улмаас цахилгаан цэнэг нь цахилгаан статик талбайн хүчний эсрэг одоогийн эх үүсвэр дотор хөдөлдөг. Үүний улмаас гадаад хэлхээний төгсгөлд боломжит зөрүү хадгалагдаж, хэлхээнд тогтмол цахилгаан гүйдэл урсдаг.

Гуравдагч этгээдийн хүч нь одоогийн эх үүсвэрт (механик, химийн гэх мэт) зарцуулсан энергийн улмаас ажил хийдэг.

Нэгж эерэг цэнэг дээр гадны хүчний гүйцэтгэх ажлыг цахилгаан хөдөлгөгч хүч гэнэ 

. (14)

4. Бүхэл бүтэн цахилгаан хэлхээний Ом хуулийн гарал үүсэл.

Хаалттай цахилгаан хэлхээг гүйдлийн эх үүсвэрээс бүрдүүлье  , дотоод эсэргүүцэлтэй rгадна хэсэг нь эсэргүүцэлтэй байдаг Р.

R - гадаад эсэргүүцэл;

r - дотоод эсэргүүцэл.

, (15)

Хаана

- гадаад эсэргүүцэл дээрх хүчдэл; (16)

A – q цэнэгийг одоогийн эх үүсвэр дотор шилжүүлэх ажил,
өөрөөр хэлбэл дотоод эсэргүүцэл дээр ажилладаг. Дараа нь

, (17)

учир нь

, Тэр

, (18)

илэрхийллийг дахин бичье 

,

. (19)

Битүү цахилгаан хэлхээний хувьд Ом хуулийн дагуу (=IR)

IR ба Ir нь хэлхээний гадаад ба дотоод хэсгүүдийн хүчдэлийн уналт юм

. (20)

Битүү цахилгаан хэлхээний Ом хууль

Хаалттай цахилгаан хэлхээнд цахилгаан хөдөлгөгч хүчний эх үүсвэр гүйдэл нь хэлхээний бүх хэсгүүдийн хүчдэлийн уналтын нийлбэртэй тэнцүү байна.

5. Кирхгофын нэг ба хоёрдугаар дүрэм.

Практикт ихэвчлэн нарийн төвөгтэй тогтмол гүйдлийн цахилгаан хэлхээг тооцоолох шаардлагатай байдаг. Нарийн төвөгтэй цахилгаан хэлхээ нь нийтлэг хэсгүүдтэй хэд хэдэн хаалттай дамжуулагч хэлхээнээс бүрдэнэ. Хэлхээ бүр олон гүйдлийн эх үүсвэртэй байж болно. Тусдаа бүс нутагт одоогийн хүч чадал нь хэмжээ, чиглэлд өөр байж болно.

Кирхгофын анхны дүрэмнь хэлхээнд тогтмол гүйдэлтэй байх нөхцөл юм.

Хоёроос дээш дамжуулагч нийлдэг аливаа цэгийг салбар зангилаа гэж нэрлэе Кирхгофын анхны дүрэм : Салбарын зангилааны гүйдлийн хүч чадлын алгебрийн нийлбэр нь тэг байна

, (21)

энд n нь дамжуулагчийн тоо;

I i – дамжуулагч дахь гүйдэл.

Зангилаа руу ойртож буй гүйдлийг эерэг, зангилаанаас гарах гүйдлийг сөрөг гэж үзнэ.

Зангилааны хувьд АКирхгофын анхны дүрмийг дараах байдлаар бичнэ.

. (22)

Кирхгофын хоёр дахь дүрэм нь Омын хуулийн салбарласан цахилгаан хэлхээний ерөнхий ойлголт юм. Энэ нь иймэрхүү сонсогдож байна: Салаалсан цахилгаан хэлхээний аль ч битүү гогцоонд алгебрийн нийлбэрI би эсэргүүцлийн төлөөР би энэ хэлхээний харгалзах хэсгүүд нь түүнд хэрэглэсэн emf-ийн нийлбэртэй тэнцүү байна би

Тэгшитгэл үүсгэхийн тулд та хөдөлгөөний чиглэлийг (цагийн зүүний дагуу эсвэл цагийн зүүний эсрэг) сонгох хэрэгтэй. Хэлхээ тойрч гарах чиглэлд давхцаж буй бүх гүйдлийг эерэг гэж үзнэ. Гүйдлийн эх үүсвэрүүдийн EMF нь хэлхээг тойрч гарах гүйдэл үүсгэдэг бол эерэг гэж тооцогддог. Жишээлбэл, Кирхгофын I, II, III хэсгүүдийн дүрэм.

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 .

Эдгээр тэгшитгэл дээр үндэслэн хэлхээг тооцоолно.

6. Холбоо барих боломжит зөрүү. Термоэлектрик үзэгдлүүд.

Метал дахь электронууд санамсаргүй дулааны хөдөлгөөнд байдаг. Хамгийн их кинетик энергитэй электронууд металлаас гарч, хүрээлэн буй орон зайд нисч чаддаг. Үүний зэрэгцээ тэд дамжуулагчийн эргэн тойронд үүссэн электронуудын ялгаралтаас үүсэх илүүдэл эерэг цэнэгийн татах хүчний эсрэг ажилладаг. электрон үүл" Метал дахь электрон хий ба "электрон үүл" хоёрын хооронд динамик тэнцвэр бий.

Электрон ажлын функц - энэ бол металаас электроныг агааргүй орон зайд зайлуулахын тулд хийх шаардлагатай ажил юм.

Дамжуулагч дахь электронуудын дутагдал, түүний эргэн тойрон дахь орон зай дахь илүүдэл нь дамжуулагчийн гадаргуугийн хоёр талд (металл дахь хэд хэдэн атом хоорондын зай) маш нимгэн давхаргад илэрдэг. Тиймээс металлын гадаргуу нь маш нимгэн конденсатортай төстэй цахилгаан давхар давхарга юм.

Конденсаторын ялтсуудын хоорондох боломжит ялгаа нь электроны ажлын функцээс хамаарна.

, (24)

энд e нь электрон цэнэг;

 – металл ба хоорондын контактын потенциалын зөрүү
хүрээлэн буй орчин;

A – ажлын функц (электрон-вольт – E-V).

Ажлын функц нь металын химийн шинж чанар, түүний гадаргуугийн нөхцөл (бохирдол, чийг) зэргээс хамаарна.

18-р зууны төгсгөлд металл дамжуулагчийг шүргэх хоорондох контактын потенциалын зөрүү гарч ирсэн. Италийн физикч Волт. Тэрээр туршилтаар тогтоосон Вольтагийн хоёр хууль:

1. Өөр өөр металлаар хийсэн хоёр дамжуулагчийг холбоход тэдгээрийн хооронд контактын потенциалын зөрүү үүсдэг бөгөөд энэ нь зөвхөн химийн найрлага, температураас хамаарна.

2. Ижил температурт байрлах, цуваа холбосон металл дамжуулагчаас бүрдэх хэлхээний төгсгөлүүдийн потенциалын зөрүү нь завсрын дамжуулагчийн химийн найрлагаас хамаарахгүй. Энэ нь хамгийн гадна талын дамжуулагчийг шууд холбох үед үүсэх контактын потенциалын зөрүүтэй тэнцүү байна.

Термоэлектрик үзэгдлүүд.

Хоёр металл дамжуулагчаас бүрдэх хаалттай хэлхээг авч үзье 1 Тэгээд 2 . Энэ хэлхээнд хэрэглэсэн emf нь бүх боломжит үсрэлтийн алгебрийн нийлбэртэй тэнцүү байна

Хэрэв давхаргын температур тэнцүү байвал

, дараа нь =0.

Хэрэв давхаргын температур өөр бол, жишээлбэл,

, Дараа нь

, (26)

Энд  нь хоёр металлын контактын шинж чанарыг тодорхойлдог тогтмол юм.

Энэ тохиолдолд хаалттай хэлхээнд гарч ирнэ дулааны цахилгаан хөдөлгөгч хүч , хоёр давхаргын температурын зөрүүтэй шууд пропорциональ.

Металлын термоэлектрик үзэгдлийг температурыг хэмжихэд өргөн ашигладаг. Энэ зорилгоор тэдгээрийг ашигладаг термопарэсвэл термопар, эдгээр нь өөр өөр металл болон хайлшаар хийгдсэн хоёр утас юм. Эдгээр утаснуудын төгсгөлүүд нь гагнаж байна. Нэг уулзвар нь дунд, температурт байрладаг Т 1 хэмжих шаардлагатай бөгөөд хоёр дахь нь - тогтмол мэдэгдэж буй температуртай орчинд.

Термопар нь ердийн термометрээс хэд хэдэн давуу талтай байдаг: тэдгээр нь температурыг үнэмлэхүй хэмжүүрээс хэдэн арван мянган градус хүртэл өргөн хүрээнд хэмжих боломжийг олгодог. Термопар нь өндөр мэдрэмжтэй тул температурын маш бага зөрүүг (10 -6 градус хүртэл) хэмжих боломжтой болгодог. Жишээ нь: төмрийн константан нь 500 ° C хүртэл температурыг хэмждэг ба 5.3  10 -5 В / градусын мэдрэмжтэй; цагаан алт-платин-родиум (90% цагаан алт, 10% родий) нь 6  10 -6 В/deg-ийн мэдрэмжтэй бөгөөд хамгийн багааас хэдэн мянган градус хүртэлх температурыг хэмжихэд ашигладаг.

Цаг хугацааны температурын өөрчлөлтийг хянахын тулд термопар ашиглаж болно. Гальванометрийг нэлээд зайд суурилуулах чадвар нь автомат төхөөрөмжид термопар ашиглах боломжийг олгодог. Термопарын мэдрэмжийг нэмэгдүүлэхийн тулд термопил гэж нэрлэгддэг тэдгээрийн цуваа холболтыг ашигладаг.

7. Янз бүрийн орчинд цахилгаан гүйдэл.

Хий дэх цахилгаан гүйдэл .

Хэвийн нөхцөлд хий нь диэлектрик , цахилгаан саармаг атом ба молекулуудаас бүрдэнэ.

Хий ионжсон үед цахилгаан гүйдэл тээгч (эерэг цэнэг) гарч ирдэг.

Хий дэх цахилгаан гүйдэл гэж нэрлэдэг хийн ялгаралт . Хийн ялгаруулалтыг хийхийн тулд ионжуулсан хий бүхий хоолойд цахилгаан эсвэл соронзон орон байх ёстой.

Хийн ионжуулалт гадны нөлөөний нөлөөн дор үүсч болно - хүчтэй халаалт, хэт ягаан туяа, рентген туяа, цацраг идэвхт цацраг, хийн атомуудыг (молекулуудыг) хурдан электрон эсвэл ионоор бөмбөгдөх үед.

Ионжуулалтын үйл явцын хэмжүүр нь иончлолын эрчим , нэгж хугацааны туршид хийн нэгж эзэлхүүнд үүсэх эсрэг цэнэгтэй бөөмийн хос тоогоор хэмжигддэг.

Нөлөөллийн ионжуулалт хийн атомууд эсвэл молекулуудтай ялгадас дахь цахилгаан орны нөлөөгөөр хурдассан электронууд эсвэл ионууд мөргөлдсөний улмаас нэг буюу хэд хэдэн электроныг атомаас (молекулаас) салгах гэж нэрлэдэг.

1. Өөрийгөө тэтгэдэггүй хийн ялгадас нь гадны ионжуулагчаас үүссэн хийн цахилгаан дамжуулах чанар юм.

Хийн гадагшлуулах гүйдлийн хүчдэлийн шинж чанар: U ихсэх тусам электрод хүрэх цэнэгтэй хэсгүүдийн тоо нэмэгдэж, гүйдэл I=I болж өснө. руу , энэ үед бүх цэнэглэгдсэн хэсгүүд электродуудад хүрдэг. Энэ тохиолдолд U=Uk

, (27)

ханалтын гүйдэл

Энд e нь энгийн цэнэг;

N 0 - нэг валентын ионы хосуудын хамгийн их тоо
хийн эзлэхүүн дэх 1 секундын дотор.

Тухайн бүсэд гүйдлийн огцом өсөлт ABнөлөөллийн ионжилт үүсэхтэй холбоотой.

2. Өөрийгөө тэтгэх хийн ялгаралт – гадаад ионжуулагчийг зогсоосны дараа үргэлжилдэг ялгадас. Нөлөөллийн иончлолын улмаас хадгалагдаж, хөгжсөн.

Өөрийгөө тэтгэдэггүй хийн ялгадас нь өөрөө өөрийгөө тэтгэдэг У h- гал асаах хүчдэл. Ийм шилжилтийн үйл явц гэж нэрлэдэг хийн цахилгаан эвдрэл .

Хийн даралт ба хүчдэлээс хамааран дараахь зүйлүүд байдаг.

1) гэрэлтэх ялгадас;

2) титэм ялгадас;

3) оч ялгаруулах;

4) нуман гүйдэл.

Гялалзсан ялгадас хийн гэрлийн хоолой, хийн лазерд ашигладаг.

Корона ялгадас – газар тариалангийн үрийг халдваргүйжүүлэхэд ашигладаг.

Оч ялгарах – аянга (хэдэн мянган ампер хүртэл гүйдэл, урт нь хэдэн километр).

Нуман урсац (T=3000 °C – атмосферийн даралттай үед хийн температур 5000…6000 °C). Энэ нь хүчирхэг гэрэлтүүлэг болон проекцийн төхөөрөмжид гэрлийн эх үүсвэр болгон ашигладаг.

Плазм - бодисын бөөмсийн иончлолын өндөр түвшинд тодорхойлогддог бодисыг нэгтгэх онцгой төлөв байдал.

Плазмыг дараахь байдлаар хуваана

– сул ионжсон( - хувийн фракцууд - агаар мандлын дээд давхарга, ионосфер);

– хэсэгчлэн ионжсон(зарим%);

– бүрэн ионжуулсан(нар, халуун одод, зарим од хоорондын үүл).

Хиймэл аргаар бүтээсэн плазмыг хий ялгаруулах чийдэн, плазмын цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр, соронзон динамик генераторуудад ашигладаг.

Ялгарлын үзэгдэл :

1. Фотоэлектрон ялгаруулалт – гэрлийн нөлөөн дор вакуум дахь металлын гадаргуугаас электронуудыг гадагшлуулах.

2. Термионы ялгаралт – Халаах үед хатуу эсвэл шингэн биетүүдээс электрон ялгарах.

3. Хоёрдогч электрон ялгаруулалт – вакуум дахь электронуудаар бөмбөгдсөн гадаргуугаас электронуудын эсрэг урсгал.

Термионы ялгаралтын үзэгдэл дээр суурилсан төхөөрөмжүүдийг нэрлэдэг электрон хоолой .

Диод ба триодыг өөрөө авч үзье.

Хатуу биет дэх цахилгаан гүйдэл .

Метал бол болор тор юм. Эерэг цэнэглэгдсэн талбайн ионууд нь метал дотор цахилгаан талбар үүсгэдэг. Торны зангилаанууд нь хатуу дарааллаар байрладаг тул тэдгээрийн үүсгэсэн талбар нь координатын үечилсэн функц юм. Тиймээс электронууд нь зөвхөн эрчим хүчнийхээ салангид утгуудад тохирсон тодорхой төлөвт байж болно.

Хатуу биетэд электрон зөвхөн өөрийн атомтай төдийгүй болор торны бусад атомуудтай харилцан үйлчлэлцдэг тул үүсэх үед атомын энергийн түвшин хуваагддаг. эрчим хүчний зурвас .

Зураг дээр. Тусгаарлагдсан атомуудын энергийн түвшин хоорондоо ойртох тусам хуваагдаж, энергийн зурвас үүсэхийг харуулав.

Эдгээр электронуудын энерги нь сүүдэрт гэж нэрлэгддэг хэсгүүдэд оршдог зөвшөөрөгдсөн эрчим хүчний бүсүүд . Талбайгаар тусгаарлагдсан салангид түвшин хууль бус эрчим хүчний үнэ цэнэ – хориотой бүсүүд (тэдгээрийн өргөн нь хориглосон бүсийн өргөнтэй тохирч байна).

Янз бүрийн төрлийн хатуу бодисын цахилгаан шинж чанарын ялгааг дараахь байдлаар тайлбарлав.

1) хориотой энергийн зурвасын өргөн;

2) зөвшөөрөгдсөн энергийн зурвасыг электроноор өөр өөр дүүргэх
(дамжуулагчийн диэлектрик).

8. Шингэн дэх гүйдэл. Электролиз. Фарадейгийн хуулиуд.

Ажиглалтаас харахад олон шингэн нь цахилгааныг маш муу дамжуулдаг (нэрмэл ус, глицерин, керосин гэх мэт). Давс, хүчил, шүлтийн усан уусмал нь цахилгааныг сайн дамжуулдаг.

Электролиз – электродууд дээр электролитийг бүрдүүлдэг бодисыг ялгаруулахад хүргэдэг шингэнээр гүйдэл дамжих.

Электролит - ионы дамжуулалттай бодисууд. Ионы дамжуулалт - цахилгаан орны нөлөөн дор ионуудын дараалсан хөдөлгөөн. Ионууд - нэг буюу хэд хэдэн электроноо алдсан эсвэл авсан атом эсвэл молекулууд. Эерэг ионууд - катионууд, сөрөг - анионууд.

Шингэн дотор электродоор цахилгаан орон үүсдэг ("+" - анод, "-" - катод). Эерэг ионууд (катионууд) катод руу, сөрөг ионууд нь анод руу шилждэг.

Электролит дэх ионуудын харагдах байдлыг тайлбарлав цахилгаан диссоциаци – уусгагчтай харилцан үйлчлэлийн үр дүнд уусдаг бодисын молекулууд эерэг ба сөрөг ион болгон задрах (Na + Cl - ; H + Cl - ; K + I - ...).

Диссоциацийн зэрэг  молекулын тоо гэж нэрлэдэг n 0  , ионуудад хуваагдаж, нийт молекулуудын тоонд n 0

. (28)

Ионуудын дулааны хөдөлгөөний үед ион дахин нэгдэх урвуу процесс явагддаг дахин нэгтгэх .

М.Фарадейгийн хуулиуд (1834).

Электрод дээр ялгарах бодисын масс нь цахилгаан цэнэгтэй шууд пропорциональ байна qэлектролитээр дамждаг

эсвэл

, (29)

Энд k нь бодисын цахилгаан химийн эквивалент; бодисын масстай тэнцүү байна
электролитийн нэгжээр дамжих үед ялгардаг
цахилгаан эрчим хүчний хэмжээ.

, (30)

Энд I нь электролитээр дамжин өнгөрөх шууд гүйдэл юм.

Бодисын электрохимийн эквивалент нь тэдгээрийн атомын (моляр) массын валент n-ийн харьцаатай шууд пропорциональ байна.

, (31)

Энд А атомын масс;

n – валент.

Фарадей тогтмол

Энд C нь бүх элементийн бүх нийтийн тогтмол юм.

F = 9.648  10 4 С/моль

Физик утга нь Фарадейгийн электролизийн нэгдсэн хуулиас үүдэлтэй

Нэг цэнэглэгдсэн ... конденсаторын цэнэгийн эсэргүүцлийн улмаас үүссэн талбарууд ОдоогийнХэлхээний эсэргүүцэл нь мэдэгдэж байгаа ба Одоогийн. Тодорхойлох ... Шийдэл - хэлхээний хүчдэл. . - Одоогийнгинжин хэлхээнд. - хэлхээний эквивалент эсэргүүцэл. - ...

Цахилгаан Одоогийнянз бүрийн орчинд (2)

Хураангуй >> Физик

... Цахилгаан Одоогийн in Gases Хийд бие даасан, бие даасан байдаг цахилгаанзэрэглэл. Нэвчилтийн үзэгдэл цахилгаан Одоогийн... тэгвэл агаар цахилгаан Одоогийнвакуумд харагдахгүй - тээвэрлэгч байхгүй цахилгаан Одоогийн. Америкийн эрдэмтэн...

Цахилгаан Одоогийншингэн дамжуулагч дахь

Дадлага хийх тайлан >> Физик

1 Электролитийн уусмал ба хайлмал дахь электролизийн үйл явц Цахилгаан Одоогийнметаллын хувьд байхгүй химийн процессуудүгүй... кондукторын анги байдаг цахилгаан Одоогийнүргэлж тодорхой химийн өөрчлөлтүүд дагалддаг...