« Fyzika - 10. ročník"
Elektrina- usmernený pohyb nabitých častíc. Vďaka elektrickému prúdu sa osvetľujú byty, dávajú sa do pohybu obrábacie stroje, ohrievajú sa horáky na elektrických sporákoch, funguje rádio atď.
Uvažujme o najjednoduchšom prípade usmerneného pohybu nabitých častíc - jednosmerný prúd.
Aký elektrický náboj sa nazýva elementárny?
Aký je elementárny elektrický náboj?
Aký je rozdiel medzi nábojmi vo vodiči a dielektrikom?
Keď sa nabité častice pohybujú vo vodiči, dochádza k prenosu nabíjačka z jedného bodu do druhého. Ak však nabité častice podliehajú náhodnému tepelnému pohybu, napríklad voľným elektrónom v kove, potom k prenosu náboja nedochádza (obr. 15.1, a). Prierez vodiča v priemere pretína rovnaký počet elektrónov v dvoch opačných smeroch. Elektrický náboj sa prenáša cez prierez vodiča iba vtedy, ak sa spolu s náhodným pohybom zúčastňujú elektróny na riadenom pohybe (obr. 15.1, b). V tomto prípade sa hovorí, že dirigent ide elektriny .
Elektrický prúd je usporiadaný (riadený) pohyb nabitých častíc.
Elektrický prúd má určitý smer.
Smer prúdu sa považuje za smer pohybu kladne nabitých častíc.
Ak pohybujete celkovo neutrálnym telesom, potom napriek nariadenému pohybu obrovského množstva elektrónov a atómové jadrá, nebude dochádzať k elektrickému prúdu. Celkový náboj prenesený cez akýkoľvek prierez sa bude rovnať nule, pretože náboje rôznych značiek sa pohybujú rovnakou priemernou rýchlosťou.
Smer prúdu sa zhoduje so smerom vektora napätia elektrické pole. Ak je prúd tvorený pohybom záporne nabitých častíc, potom sa smer prúdu považuje za opačný ako smer pohybu častíc.
Voľba smeru prúdu nie je príliš úspešná, pretože vo väčšine prípadov prúd predstavuje usporiadaný pohyb elektrónov - negatívne nabitých častíc. Voľba smeru prúdu sa uskutočnila v čase, keď nebolo nič známe o voľných elektrónoch v kovoch.
Pôsobenie prúdu.
Pohyb častíc vo vodiči priamo nevidíme. Prítomnosť elektrického prúdu sa musí posudzovať podľa akcií alebo javov, ktoré ho sprevádzajú.
Po prvé, vodič, ktorým prúdi prúd, sa zahrieva.
Po druhé, elektrický prúd sa môže meniť chemické zloženie vodič: napríklad izolácia jeho chemických zložiek (meď z roztoku síran meďnatý atď.).
Po tretie, prúd pôsobí silou na susedné prúdy a magnetizované telá. Táto akcia prúdu sa nazýva magnetické.
Magnetická ihla v blízkosti vodiča s prúdom sa teda otáča. Magnetický účinok prúdu, na rozdiel od chemického a tepelného, je hlavný, pretože sa prejavuje vo všetkých vodičoch bez výnimky. Chemické pôsobenie prúd sa pozoruje iba v roztokoch a taveninách elektrolytov a v supravodičoch chýba zahrievanie.
V žiarovke sa v dôsledku prechodu elektrického prúdu vyžaruje viditeľné svetlo a elektromotor vykonáva mechanickú prácu.
Súčasná sila.
Ak v obvode preteká elektrický prúd, znamená to, že cez prierez vodiča sa neustále prenáša elektrický náboj.
Náboj prenesený za jednotku času slúži ako hlavná kvantitatívna charakteristika prúdu, tzv prúdová sila.
Ak sa náboj Δq prenesie cez prierez vodiča za čas Δt, potom sa priemerná hodnota prúdu rovná
Priemerná intenzita prúdu sa rovná pomeru náboja Δq prechádzajúceho prierezom vodiča počas časového intervalu Δt k tomuto časovému úseku.
Ak sa sila prúdu v priebehu času nemení, potom sa volá prúd trvalé.
sila striedavý prúd V tento momentčas je tiež určený vzorcom (15.1), ale časový interval Δt by v tomto prípade mal byť veľmi malý.
Prúdová sila, podobne ako náboj, je skalárna veličina. Môže byť taká pozitívne, takže negatívne. Znamienko prúdu závisí od toho, ktorý zo smerov okolo obvodu je braný ako kladný. Prúdová sila I > 0, ak sa smer prúdu zhoduje s podmienečne zvoleným kladným smerom pozdĺž vodiča. Inak ja< 0.
Vzťah medzi silou prúdu a rýchlosťou smerového pohybu častíc.
Valcový vodič (obr. 15.2) nech má prierez s plochou S.
Pre kladný smer prúdu vo vodiči používame smer zľava doprava. Náboj každej častice sa bude považovať za rovný q 0. Objem vodiča ohraničený prierezmi 1 a 2 so vzdialenosťou Δl medzi nimi obsahuje nSΔl častíc, kde n je koncentrácia častíc (nosičov prúdu). Ich celkový náboj vo zvolenom objeme je q = q 0 nSΔl. Ak sa častice pohybujú zľava doprava priemernou rýchlosťou υ, potom všetky častice obsiahnuté v uvažovanom objeme prejdú prierezom 2. Preto je sila prúdu rovná:
Jednotkou SI prúdu je ampér (A).
Táto jednotka je vytvorená na základe magnetickej interakcie prúdov.
Zmerajte silu prúdu ampérmetre. Princíp konštrukcie týchto zariadení je založený na magnetické pôsobenie prúd
Rýchlosť usporiadaného pohybu elektrónov vo vodiči.
Nájdite rýchlosť usporiadaného pohybu elektrónov v kovovom vodiči. Podľa vzorca (15.2), kde e je modul elektrónového náboja.
Nech je napríklad sila prúdu I = 1 A a plocha prierezu vodiča S = 10 -6 m2. Modul náboja elektrónu e = 1,6 10 -19 C. Počet elektrónov v 1 m 3 medi sa rovná počtu atómov v tomto objeme, pretože jeden z valenčných elektrónov každého atómu medi je voľný. Toto číslo je n ≈ 8,5 10 28 m -3 (toto číslo možno určiť riešením úlohy 6 z § 54). teda
Ako vidíte, rýchlosť usporiadaného pohybu elektrónov je veľmi nízka. Je mnohonásobne menšia ako rýchlosť tepelného pohybu elektrónov v kove.
Podmienky potrebné na existenciu elektrického prúdu.
Pre vznik a existenciu stáleho elektrického prúdu v látke je potrebné mať zadarmo nabité častice.
To však stále nestačí na vznik prúdu.
Na vytvorenie a udržanie usporiadaného pohybu nabitých častíc je potrebná sila, ktorá na ne pôsobí v určitom smere.
Ak táto sila prestane pôsobiť, potom sa prestane usporiadaný pohyb nabitých častíc v dôsledku zrážok s iónmi kryštálová mriežka kovy alebo molekuly neutrálneho elektrolytu a elektróny sa budú pohybovať náhodne.
Ako vieme, nabité častice sú ovplyvnené elektrické pole silou:
Typicky je to elektrické pole vo vnútri vodiča, ktoré spôsobuje a udržiava usporiadaný pohyb nabitých častíc.
Iba v statickom prípade, keď sú náboje v pokoji, je elektrické pole vo vnútri vodiča nulové.
Ak je vo vodiči elektrické pole, potom existuje potenciálny rozdiel medzi koncami vodiča podľa vzorca (14.21). Ako ukázal experiment, keď sa potenciálny rozdiel v čase nemení, a jednosmerný elektrický prúd. Pozdĺž vodiča sa potenciál znižuje z maximálnej hodnoty na jednom konci vodiča na minimum na druhom konci, pretože kladný náboj sa pod vplyvom síl poľa pohybuje v smere klesajúceho potenciálu.
Tieto nabité častice sa teoreticky často nazývajú prúdové nosiče. Vo vodičoch a polovodičoch sú nosičmi prúdu elektróny, v elektrolytoch nabité ióny. V plynoch môžu byť nosičmi náboja elektróny aj ióny. Napríklad v kovoch sa môžu pohybovať iba elektróny. V dôsledku toho je elektrický prúd v nich pohybom vodivých elektrónov. Je potrebné poznamenať, že výsledok prechodu elektrického prúdu v kovoch a elektricky vodivých roztokoch je výrazne odlišný. Pri prechode prúdu nedochádza v kovoch k žiadnym chemickým procesom. Zatiaľ čo v elektrolytoch sa vplyvom prúdu na elektródach uvoľňujú ióny látok (fenomén elektrolýzy). Rozdiel vo výsledkoch pôsobenia prúdu je vysvetlený skutočnosťou, že nosiče náboja v kove a elektrolyte sú zásadne odlišné. V kovoch sú to voľné elektróny, ktoré sa oddelili od atómov, v roztokoch sú to ióny, teda atómy alebo ich skupiny, ktoré majú náboj.
Áno, prvý nevyhnutnou podmienkou Existencia elektrického prúdu v akejkoľvek látke je prítomnosť nosičov prúdu.
Aby boli náboje v rovnováhe, je potrebné, aby potenciálny rozdiel medzi akýmikoľvek bodmi vodiča bol rovný nule. Ak je táto podmienka porušená, potom nie je žiadna rovnováha, potom sa náboj pohybuje. Preto druhou nevyhnutnou podmienkou existencie elektrického prúdu vo vodiči je vytvorenie napätia medzi určitými bodmi.
Usporiadaný pohyb voľných nábojov, ku ktorému dochádza vo vodiči v dôsledku pôsobenia elektrického poľa, sa nazýva vodivý prúd.
Poznamenávame však, že usporiadaný pohyb nabitých častíc je možný, ak sa v priestore pohybuje nabitý vodič alebo dielektrikum. Takýto elektrický prúd sa nazýva konvekčný prúd.
Mechanizmus implementácie jednosmerného prúdu
Aby prúd vo vodiči neustále tiekol, je potrebné, aby k vodiču (alebo sústave vodičov - reťazi vodičov) bolo pripojené nejaké zariadenie, v ktorom neustále prebieha proces oddeľovania elektrických nábojov a tým udržiava napätie v obvode. Toto zariadenie sa nazýva zdroj prúdu (generátor). Sily, ktoré oddeľujú náboje, sa nazývajú vonkajšie sily. Sú neelektrického pôvodu a pôsobia iba vo vnútri zdroja. Keď sa náboje oddelia, vonkajšie sily vytvoria potenciálny rozdiel medzi koncami obvodu.
Ak sa elektrický náboj pohybuje po uzavretom okruhu, potom je práca vykonaná elektrostatickými silami nulová. To znamená, že celková práca síl ($A$), ktoré pôsobia na náboj, sa rovná práci vonkajších síl ($A_(st)$). Fyzikálne množstvo, ktorý charakterizuje súčasný zdroj - to je zdroj EMF($(\mathcal E)$), je definovaný ako:
\[(\mathcal E)=\frac(A)(q)\vľavo(1\vpravo),\]
kde $q$ je kladný náboj. Náboj sa pohybuje ďalej uzavretá slučka. EMF nie je sila v doslovnom zmysle slova. Jednotka merania $\left[(\mathcal E)\right]=В$.
Charakter vonkajších síl môže byť rôzny, napríklad v galvanickom článku sú vonkajšie sily výsledkom elektrochemických procesov. V aute priamy prúd takouto silou je Lorentzova sila.
Hlavné charakteristiky prúdu
Smer prúdu sa bežne považuje za smer pohybu kladných častíc. To znamená, že smer prúdu v kovoch je opačný ako smer pohybu častíc.
Elektrický prúd je charakterizovaný silou prúdu. Aktuálne ($I$) -- skalárne množstvo, čo sa rovná derivácii náboja ($q$) vzhľadom na čas pre prúd, ktorý preteká povrchom S:
Prúd môže byť konštantný alebo striedavý. Ak sa sila prúdu a jeho smer v priebehu času nemenia, potom sa takýto prúd nazýva konštantný a výraz pre silu prúdu môže byť napísaný ako:
kde prúd je definovaný ako náboj, ktorý prejde povrchom S za jednotku času.
V sústave SI je základnou jednotkou prúdu ampér (A).
Lokálna vektorová charakteristika prúdu je jeho hustota. Vektor hustoty prúdu ($\overrightarrow(j)$) charakterizuje, ako je prúd rozložený v priereze S. Tento vektor je nasmerovaný v smere, v ktorom sa pohybujú kladné náboje. Modul vektora prúdovej hustoty sa rovná:
kde $dS"$ je priemet elementárnej plochy $dS$ do roviny, ktorá je kolmá na vektor prúdovej hustoty, $dI$ je element prúdu, ktorý preteká plochami $dS\ a\ dS"$.
Prúdová hustota v kove môže byť reprezentovaná ako:
\[\overrightarrow(j)=-n_0q_e\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle \ \left(5\right),\]
kde $n_0$ je koncentrácia vodivých elektrónov, $q_e=1,6(\cdot 10)^(-19)C$ je elektrónový náboj, $\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle $ -- priemerná rýchlosť usporiadaný pohyb elektrónov. Pri maximálnych prúdových hustotách $\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle =(10)^(-4)\frac(m)(s)$.
Základným fyzikálnym zákonom je zákon zachovania elektrického náboja. Ak zvolíme ľubovoľnú uzavretú stacionárnu plochu S (obr. 1), ktorá obmedzuje objem V, potom množstvo elektriny, ktoré pretečie za sekundu z objemu V je definované ako $\oint\limits_S(j_ndS.)$ Rovnaké množstvo elektriny možno vyjadriť pomocou poplatku: $-\frac(\partial q)(\partial t)$, to znamená, že máme:
\[\frac(\čiastočné q)(\čiastočné t)=-\oint\limits_S(j_ndS\vľavo(6\vpravo),)\]
kde $j_n$ je projekcia vektora prúdovej hustoty na smer normály k plošnému prvku $dS$, v tomto prípade:
kde $\alpha $ je uhol medzi smerom normály k dS a vektorom prúdovej hustoty. Rovnica (6) používa parciálnu deriváciu na zdôraznenie, že plocha S je stacionárna.
Rovnica (6) je zákon zachovania náboja v makroskopickej elektrodynamike. Ak je prúd konštantný v čase, potom napíšeme zákon zachovania náboja v tvare:
\[\oint\limits_S(j_ndS=0\left(8\right).)\]
Fulltextové vyhľadávanie:
Hlavná stránka > Abstrakt >Fyzika
Prednáška č.12
Predmet: "elektrina".
Cieľ prednášky:
Plán prednášok.
1. Pojem vodivého prúdu. Vektor prúdu a sila prúdu.
2. Diferenciálna forma Ohmovho zákona.
3. Dôsledné a paralelné pripojenie vodičov.
4. Príčina vzniku elektrického poľa vo vodiči, fyzikálna
význam pojmu vonkajšie sily.
5. Odvodenie Ohmovho zákona pre celý obvod.
6. Kirchhoffove prvé a druhé pravidlo.
7. Rozdiel kontaktného potenciálu. Termoelektrické javy.
8. Elektrický prúd v rôznych prostrediach.
9. Prúd v kvapalinách. Elektrolýza. Faradayove zákony.
1. Pojem vodivého prúdu. Vektor prúdu a sila prúdu.
Elektrický šok nazývaný usporiadaný pohyb elektrických nábojov. Nosičmi prúdu môžu byť elektróny, ióny a nabité častice.
Ak sa vo vodiči vytvorí elektrické pole, potom sa v ňom začnú pohybovať voľné elektrické náboje - objaví sa prúd, tzv vodivý prúd. Ak sa nabité teleso pohybuje v priestore, potom prúd nazývaná konvekcia.
Prúd môže prúdiť do pevné látky(kovy), kvapaliny (elektrolyty) a plyny (výboj plynu je spôsobený pohybom kladných aj záporných nábojov).
Súčasní dopravcovia sú:
V kovoch - riadený pohyb elektrónov;
V kvapalinách - ióny;
V plynoch - elektróny a ióny.
Pre smer prúdu Je zvykom akceptovať smer pohybu kladných nábojov.
Pre výskyt a existenciu prúdu je to nevyhnutné:
prítomnosť voľných nabitých častíc;
prítomnosť elektrického poľa vo vodiči.
Hlavnou charakteristikou prúdu je prúdová sila , čo sa rovná množstvu náboja, ktorý prejde prierezom vodiča za 1 sekundu.
kde q je výška poplatku;
t – účtovaný čas prepravy.
Sila prúdu je skalárna veličina.
Prúd, ktorého sila a smer sa časom nemenia, sa nazýva trvalé , inak - premenných .
Elektrický prúd po povrchu vodiča môže byť rozdelený nerovnomerne, takže v niektorých prípadoch používajú koncepcia prúdovej hustoty i .
Priemerná hustota prúdu sa rovná pomeru sily prúdu k ploche prierezu vodiča.
, 
, (2)
kde J je zmena prúdu;
S – zmena plochy.
2. Diferenciálna forma Ohmovho zákona.
V roku 1826 nemecký fyzik Ohm experimentálne zistil, že súčasná sila J vo vodiči je priamo úmerná napätiu U medzi jeho koncami
, (3)
kde k je koeficient proporcionality, tzv
elektrická vodivosť alebo vodivosť; [k] = [Sm] (Siemens).
Rozsah 
(4)
volal elektrický odpor vodiča .
Dostaneme výraz
. (5)
Ohmov zákon pre stránku elektrický obvod, ktorý neobsahuje zdroj prúdu
Vyjadrujeme z tohto vzorca R
. 
(6)
Elektrický odpor závisí od tvaru, veľkosti a hmoty vodiča.
Odpor vodiča priamo úmerná jeho dĺžke l a nepriamo úmerné ploche prierezu S.
, (7)
kde – charakterizuje materiál, z ktorého je vodič vyrobený a
volal odpor vodiča
.
Vyjadrime :
. (8)
Odpor vodiča závisí od teploty. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje odpor
kde R 0 – odpor vodiča pri 0С;
t – teplota;
– teplotný koeficient odporu
(pre kov 0,04 deg -1).
Vzorec platí aj pre merný odpor
, (10)
kde 0 – rezistivita vodič pri 0С.
Pri nízkych teplotách (<8К) сопротивление некоторых металлов (алюминий, свинец, цинк и др.) скачкообразно уменьшается до нуля: металл становится absolútny sprievodca.
Tento jav sa nazýva supravodivosť .
Nahraďte výraz (7) za (5)
. (11)
Zmeňte usporiadanie výrazov
, (12)
kde J/S=i – prúdová hustota;
1/= – merná vodivosť vodivej látky;
u/е=E – intenzita elektrického poľa vo vodiči.
(13)
Ohmov zákon v diferenciálnej forme.
3. Dôvod výskytu elektrického prúdu vo vodiči.
Fyzikálny význam pojmu vonkajšie sily. Práca vonkajších síl.
Ohmov zákon ukazuje, že hustota prúdu je priamo úmerná napätiu E elektrické pole pôsobiace na voľné náboje a spôsobujúce ich usporiadaný pohyb.
Aké je elektrické pole vo vodiči? Ide o elektrostatické pole vytvorené elektrónmi a kladnými iónmi (Coulombovo silové pole).
Coulombove sily vedú k prerozdeleniu voľných nábojov, pri ktorom elektrické pole vo vodiči zmizne a potenciály vo všetkých bodoch sa vyrovnajú. Preto Coulombove sily nemôžu spôsobiť vzhľad jednosmerného elektrického prúdu.
Na udržanie konštantného prúdu v obvode musia sily neelektrického pôvodu pôsobiť na voľné náboje, tzv vonkajšie sily . Vonkajšie sily spôsobiť oddelenie odlišných nábojov a zachovať potenciálny rozdiel na koncoch vodiča. Vo vodiči sa vytvára dodatočné elektrické pole vonkajších síl aktuálne zdroje(galvanické články, batérie, elektrické generátory). Zdroj vonkajších síl v obvode jednosmerného prúdu je rovnako potrebný ako čerpadlo v hydraulickom systéme.
Vplyvom poľa vytvoreného vonkajšími silami sa elektrické náboje pohybujú vo vnútri zdroja prúdu proti silám elektrostatického poľa. Vďaka tomu sa na koncoch vonkajšieho obvodu udržiava potenciálny rozdiel a obvodom preteká konštantný elektrický prúd.
Sily tretích strán fungujú vďaka energii vynaloženej v aktuálnom zdroji (mechanickom, chemickom atď.).
Práca vykonaná vonkajšími silami na jednotkový kladný náboj sa nazýva elektromotorická sila
. (14)
4. Odvodenie Ohmovho zákona pre celý elektrický obvod.
Nech uzavretý elektrický obvod pozostáva zo zdroja prúdu s , s vnútorným odporom r a vonkajšia časť má odpor R.
R – vonkajší odpor;
r – vnútorný odpor.
, (15)
Kde 
– napätie cez vonkajší odpor; (16)
A – práca na presune náboja q vo vnútri zdroja prúdu,
t.j. práca na vnútornom odpore. Potom
,
(17)
pretože 
, To
, (18)
prepíšme výraz pre
,
. (19)
Pretože podľa Ohmovho zákona pre uzavretý elektrický obvod (=IR)
IR a Ir sú potom pokles napätia na vonkajšej a vnútornej časti obvodu
. (20)
Ohmov zákon pre uzavretý elektrický obvod
V uzavretom elektrickom obvode zdrojová elektromotorická sila prúd sa rovná súčtu úbytkov napätia vo všetkých častiach obvodu.
5. Kirchhoffove prvé a druhé pravidlo.
V praxi je často potrebné vypočítať zložité jednosmerné elektrické obvody. Komplexný elektrický obvod pozostáva z niekoľkých uzavretých vodivých obvodov, ktoré majú spoločné úseky. Každý okruh môže mať viacero zdrojov prúdu. Sila prúdu v jednotlivých oblastiach môže byť rôzna vo veľkosti a smere.
Kirchhoffovo prvé pravidlo je podmienkou konštantného prúdu v obvode.
Nazvime uzol vetvy akýkoľvek bod, v ktorom sa zbiehajú viac ako dva vodiče Kirchhoffovo prvé pravidlo : Algebraický súčet sily prúdu v uzle vetvenia je nula
, (21)
kde n je počet vodičov;
I i – prúdy vo vodičoch.
Prúdy blížiace sa k uzlu sa považujú za pozitívne a prúdy opúšťajúce uzol sa považujú za negatívne.
Pre uzol A Prvé Kirchhoffovo pravidlo bude napísané:
. (22)
Druhé Kirchhoffovo pravidlo je zovšeobecnením Ohmovho zákona na rozvetvené elektrické obvody. Znie to takto: V ľubovoľnej uzavretej slučke rozvetveného elektrického obvodu algebraický súčetja i na odporR i zodpovedajúce časti tohto obvodu sa rovnajú súčtu emf aplikovaného v ňom i
Ak chcete vytvoriť rovnicu, musíte vybrať smer prechodu (v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek). Všetky prúdy, ktoré sa zhodujú v smere s obtokom obvodu, sa považujú za kladné. EMF zdrojov prúdu sa považuje za pozitívny, ak vytvárajú prúd smerujúci k obchádzaniu obvodu. Takže napríklad Kirchhoffovo pravidlo pre časti I, II, III.
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 základe týchto rovníc sa vypočítajú obvody.
6. Rozdiel kontaktného potenciálu. Termoelektrické javy.
Elektróny v kove sú v náhodnom tepelnom pohybe. Elektróny s najväčšou kinetickou energiou môžu vyletieť z kovu do okolitého priestoru. Zároveň pôsobia proti príťažlivým silám z nadmerného kladného náboja, ktorý je výsledkom emisie elektrónov tvoriacich sa okolo vodiča. elektrónový oblak" Medzi elektrónovým plynom v kove a „elektrónovým oblakom“ existuje dynamická rovnováha.
Funkcia práce elektrónov - toto je práca, ktorú je potrebné vykonať na odstránenie elektrónu z kovu do priestoru bez vzduchu.
Nedostatok elektrónov vo vodiči a prebytok v priestore, ktorý ho obklopuje, sa prejavuje vo veľmi tenkej vrstve na oboch stranách povrchu vodiča (niekoľko medziatómových vzdialeností v kove). Preto je povrch kovu elektrická dvojvrstva, podobná veľmi tenkému kondenzátoru.
Potenciálny rozdiel medzi doskami kondenzátora závisí od pracovnej funkcie elektrónu.
, (24)
kde e je elektrónový náboj;
– rozdiel kontaktného potenciálu medzi kovom a
životné prostredie;
A – pracovná funkcia (elektrón-volt – E-V).
Pracovná funkcia závisí od chemickej povahy kovu a stavu jeho povrchu (znečistenie, vlhkosť).
Vznik rozdielu kontaktného potenciálu medzi dotýkajúcimi sa kovovými vodičmi bol objavený koncom 18. storočia. Taliansky fyzik Volt. Experimentálne založil Dva Voltove zákony:
1. Pri spojení dvoch vodičov z rôznych kovov vzniká medzi nimi rozdiel kontaktných potenciálov, ktorý závisí len od chemického zloženia a teploty.
2. Potenciálny rozdiel medzi koncami obvodu pozostávajúceho z kovových vodičov zapojených do série, umiestnených pri rovnakej teplote, nezávisí od chemického zloženia medziľahlých vodičov. Rovná sa rozdielu kontaktného potenciálu, ktorý vzniká, keď sú vonkajšie vodiče priamo spojené.
Termoelektrické javy.
Zvážte uzavretý okruh pozostávajúci z dvoch kovových vodičov 1 A 2 . Emf aplikovaný na tento obvod sa rovná algebraickému súčtu všetkých potenciálnych skokov
Ak sú teploty vrstiev rovnaké,
, potom =0.
Ak sú teploty vrstiev rozdielne, napr. 
, Potom
, (26)
kde je konštanta charakterizujúca vlastnosti kontaktu dvoch kovov.
V tomto prípade sa objaví v uzavretom okruhu termoelektromotorická sila , priamo úmerné teplotnému rozdielu medzi oboma vrstvami.
Termoelektrické javy v kovoch sa široko používajú na meranie teploty. Na tento účel sa používajú termočlánky alebo termočlánky, čo sú dva drôty vyrobené z rôznych kovov a zliatin. Konce týchto drôtov sú spájkované. Jedna križovatka je umiestnená v strednej teplote T 1 ktorý je potrebné merať a druhý - do prostredia s konštantnou známou teplotou.
Termočlánky majú oproti bežným teplomerom množstvo výhod: umožňujú merať teploty v širokom rozsahu od desiatok až po tisíce stupňov absolútnej stupnice. Termočlánky majú veľkú citlivosť a preto umožňujú merať veľmi malé teplotné rozdiely (do 10 -6 stupňov). Napríklad: železo-konštantant meria teploty do 500 °C a má citlivosť 5,3 10 -5 V/deg; platina-platina-rhodium (90% platina a 10% rhodium) majú citlivosť 6 10 -6 V/deg a používajú sa na meranie teplôt od najnižších až po tisíce stupňov.
Na sledovanie zmien teploty v priebehu času možno použiť termočlánok. Schopnosť inštalovať galvanometer na značnú vzdialenosť umožňuje použitie termočlánkov v automatických zariadeniach. Na zvýšenie citlivosti termočlánkov sa používajú ich sériové zapojenia, nazývané termočlánky.
7. Elektrický prúd v rôznych prostrediach.
Elektrický prúd v plynoch .
Plyny za normálnych podmienok sú dielektriká pozostávajú z elektricky neutrálnych atómov a molekúl.
Pri ionizácii plynov sa objavujú nosiče elektrického prúdu (kladné náboje).
Elektrický prúd v plynoch je tzv výboj plynu . Na uskutočnenie výboja plynu musí byť v trubici s ionizovaným plynom elektrické alebo magnetické pole.
Ionizácia plynu sa môže vyskytnúť pod vplyvom vonkajších vplyvov - silné zahrievanie, ultrafialové a röntgenové žiarenie, rádioaktívne žiarenie, pri bombardovaní atómov (molekúl) plynov rýchlymi elektrónmi alebo iónmi.
Miera ionizačného procesu je intenzita ionizácie merané počtom párov opačne nabitých častíc vznikajúcich v jednotkovom objeme plynu za jednotku času.
Nárazová ionizácia sa nazýva oddelenie jedného alebo viacerých elektrónov od atómu (molekuly), spôsobené zrážkou elektrónov alebo iónov urýchlených elektrickým poľom vo výboji s atómami alebo molekulami plynu.
1. Nesamostatný výboj plynu je elektrická vodivosť plynov spôsobená vonkajšími ionizátormi.
Prúdovo-napäťové charakteristiky výboja plynu: ako sa U zvyšuje, počet nabitých častíc dosahujúcich elektródu sa zvyšuje a prúd sa zvyšuje na I=I Komu , pri ktorej sa všetky nabité častice dostanú k elektródam. V tomto prípade U=Uk
, (27)
saturačný prúd
kde e je elementárny náboj;
N 0 – maximálny počet vytvorených párov jednomocných iónov
v objeme plynu za 1 s.
Prudký nárast prúdu v oblasti AB spojené s výskytom nárazovej ionizácie.
2. Samostatný výboj plynu – výboj, ktorý pokračuje po ukončení externého ionizátora. Udržiavaný a vyvinutý vďaka nárazovej ionizácii.
Nesebestačný výboj plynu sa stane sebestačným, keď U h- napätie zapaľovania. Proces takéhoto prechodu je tzv elektrický rozpad plynu .
V závislosti od tlaku plynu a napätia existujú:
1) žeravý výboj;
2) korónový výboj;
3) iskrový výboj;
4) oblúkový výboj.
Žiarivý výboj používané v plynových svetelných trubiciach, plynových laseroch.
Korónový výboj – používa sa na dezinfekciu osiva poľnohospodárskych plodín.
Iskrový výboj – blesky (prúdy až niekoľko tisíc ampérov, dĺžka – niekoľko kilometrov).
Oblúkový výboj (T=3000 °C – pri atmosférickom tlaku je teplota plynu 5000...6000 °C). Používa sa ako svetelný zdroj vo výkonných reflektoroch a projekčných zariadeniach.
Plazma – zvláštny stav agregácie látky, vyznačujúci sa vysokým stupňom ionizácie jej častíc.
Plazma sa delí na
– slabo ionizované( – zlomky percent – horné vrstvy atmosféry, ionosféra);
– čiastočne ionizované(niektoré %);
– plne ionizované(slnko, horúce hviezdy, niektoré medzihviezdne oblaky).
Umelo vytvorená plazma sa používa v plynových výbojkách, plazmových zdrojoch elektrickej energie a magnetodynamických generátoroch.
Emisné javy :
1. Fotoelektrónová emisia – vyvrhovanie elektrónov z povrchu kovov vo vákuu pod vplyvom svetla.
2. Termionická emisia – emisia elektrónov tuhými alebo kvapalnými telesami pri ich zahrievaní.
3. Sekundárna emisia elektrónov – protiprúd elektrónov z povrchu bombardovaného elektrónmi vo vákuu.
Zariadenia založené na fenoméne termionickej emisie sú tzv elektronické elektrónky .
Zvážte diódu a triódu sami.
Elektrický prúd v pevných látkach .
Kov je krištáľová mriežka. Pozitívne nabité ióny miesta vytvárajú elektrické pole vo vnútri kovu. Uzly mriežky sú umiestnené v prísnom poradí, takže pole, ktoré vytvárajú, je periodickou funkciou súradníc. Preto môžu byť elektróny iba v určitých stavoch zodpovedajúcich diskrétnym hodnotám ich energie.
Pretože v pevných látkach elektrón interaguje nielen s vlastným atómom, ale aj s inými atómami kryštálovej mriežky, energetické hladiny atómov sa rozdeľujú energetické pásmo .
Na obr. Je znázornené rozdelenie energetických hladín izolovaných atómov pri ich približovaní a vytváranie energetických pásov.
Energia týchto elektrónov môže ležať v zatienených oblastiach tzv povolené energetické zóny . Diskrétne úrovne oddelené oblasťami nelegálne energetické hodnoty – zakázané zóny (ich šírka je úmerná šírke zakázaných zón).
Rozdiely v elektrických vlastnostiach rôznych typov pevných látok sú vysvetlené:
1) šírka zakázaných energetických pásov;
2) rôzne plnenie povolených energetických pásov elektrónmi
(dielektrikum vodiča).
8. Prúd v kvapalinách. Elektrolýza. Faradayove zákony.
Pozorovania ukázali, že mnohé kvapaliny vedú elektrinu veľmi zle (destilovaná voda, glycerín, petrolej atď.). Vodné roztoky solí, kyselín a zásad dobre vedú elektrický prúd.
Elektrolýza – prechod prúdu kvapalinou spôsobujúci uvoľňovanie látok, ktoré tvoria elektrolyt na elektródach.
Elektrolyty – látky s iónovou vodivosťou. Iónová vodivosť – usporiadaný pohyb iónov pod vplyvom elektrického poľa. Ióny - atómy alebo molekuly, ktoré stratili alebo získali jeden alebo viac elektrónov. Pozitívne ióny - katiónov, negatívny – anióny.
Elektrické pole je v kvapaline vytvárané elektródami („+“ – anóda, „–“ – katóda). Kladné ióny (katióny) sa pohybujú smerom ku katóde, záporné ióny sa pohybujú smerom k anóde.
Je vysvetlený výskyt iónov v elektrolytoch elektrická disociácia – rozklad molekúl rozpustnej látky na kladné a záporné ióny v dôsledku interakcie s rozpúšťadlom (Na + Cl - ; H + Cl - ; K + I - ...).
Stupeň disociácie nazývaný počet molekúl n 0 , disociované na ióny, na celkový počet molekúl n 0
. (28)
Pri tepelnom pohybe iónov dochádza k spätnému procesu opätovného zjednocovania iónov, tzv rekombinácia .
M. Faradayove zákony (1834).
Hmotnosť látky uvoľnenej na elektróde je priamo úmerná elektrickému náboju q prešiel cez elektrolyt
alebo 
, (29)
kde k je elektrochemický ekvivalent látky; rovná hmotnosti látky
uvoľnené pri prechode cez elektrolytickú jednotku
množstvo elektriny.
, (30)
kde I je jednosmerný prúd prechádzajúci elektrolytom.
Elektrochemické ekvivalenty látok sú priamo úmerné pomeru ich atómových (molárnych) hmotností k valencii n
, (31)
kde A je atómová hmotnosť;
n – valencia.
Faradayova konštanta
kde C je univerzálna konštanta pre všetky prvky.
F = 9,648 104 C/mol
fyzikálny význam vyplýva z Faradayovho jednotného zákona elektrolýzy
Polia vytvorené jedným nabitým... odporom nabitia kondenzátora prúd Odpory v obvode sú známe a prúd. Určte... Riešenie - napätie v obvode. . - prúd v reťazci. - ekvivalentný odpor obvodu. -...
Elektrické prúd v rôznych prostrediach (2)
Abstrakt >> Fyzika... Elektrické Aktuálne v plynoch V plynoch sú nesamostatné a nezávislé elektrický hodnosti. Fenomén úniku elektrické prúd... teda vzduch elektrický prúd sa neobjavuje vo vákuu - nie sú tam žiadne nosiče elektrické prúd. Americký vedec...
Elektrické prúd v kvapalných vodičoch
Správa z praxe >> Fyzika1 Proces elektrolýzy v roztokoch a taveninách elektrolytov Elektrické prúd v kovoch žiadne chemické procesy nie... existuje trieda vodičov, v ktorej elektrický prúd vždy sprevádzané určitými chemickými zmenami...