30 Постоянный электрический ток в металлах. Сила тока.

Электрический ток в металлах. Металл в твердом состоянии имеет кристаллическое строение. В узлах кристаллической решетки металла расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся свободные электроны. В обычных условиях в соответствии с законом сохранения заряда металл электрически нейтрален. Если в металле создать электрическое поле, то свободные электроны под действием электрических сил (притяжения и отталкивания) начнут двигаться упорядоченно, т. е. преимущественно в одном направлении. Такое движение электронов называется электрическим током. Скорость движения электронов — до нескольких миллиметров в секунду, а скорость распространения электрического поля 300 000 км/с. Поэтому при создании электрического тока в проводнике все свободные электроны практически одновременно придут в упорядоченное движение. 

Если число электронов, проходящих через поперечное сечение проводника, не изменяется со временем, то такой ток называют постоянным. Для создания постоянного тока в проводнике необходимо в нем все время поддерживать электрическое поле. Электрическое поле в проводниках замкнутой электрической цепи создается и поддерживается с помощью источников постоянного тока. Наиболее широкое применение в практике получили гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы, солнечные батареи. 

В итоге условия существования электрического тока таковы: наличие свободных зарядов, источника тока, потребителя и замкнутой электрической цепи. 

Электрический ток возникает не только при упорядоченном движении свободных электронов в металле, но и при упорядоченном движении положительных и отрицательных ионов в растворах электролитов, ионов в газах и т. д. 

Электрический заряд частиц, проходящих через поперечное сечение проводника в 1 с, определяет силу тока в цепи. (от Вадима Войнова)


31 Сопротивление проводника. Объяснение с точки зрения электронной теории. От чего зависит сопротивление проводника с соответствующими формулами.

32 Закон Ома для участка цепи. Вывод Закона Ома для полной цепи.

Закон Ома — это физический закон, определяющий зависимость между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи. Назван в честь его первооткрывателя Джорджа Ома.В 1826 г. он экспериментально установил зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением в электрических цепях. 

Из эксперимента следует, что если увеличивать напряжение на концах проводника, то линейно будет расти и ток, проходящий через этот проводник. 

А если мы будем менять сопротивление проводника при постоянном напряжении, то ток будет меняться в обратно пропорциональной зависимости. 

Объединяя эти два вывода можно получить закон Ома, который гласит, что сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке (при заданном сопротивлении) и обратно пропорциональна сопротивлению участка (при заданном напряжении). 

Этот закон можно выразить формулой: 

I=U\R 

Из закона Ома можно получить другую полезную формулу: 

R=U\I 

Так как сопротивление данного проводника не зависит ни от напряжения, ни от силы тока, то эту формулу надо читать так: сопротивление данного проводника равно отношению напряжения на его концах к силе протекающего по нему тока. Именно на основе этого соотношения и находят сопротивление проводника опытным путем. (от Вадима Войнова)


33 Сила тока, напряжение параллельной цепи. Вывод формулы эквивалентного сопротивления последовательной цепи.

34 Сила тока, напряжение параллельной цепи. Вывод формулы эквивалентного сопротивления паралельной цепи.

35 Расчёт цепи со смешанным соединением проводника.называются фоторезисторами.

36 Работа и мощьность электрического тока. Формулы. Размерность

37 Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца. Короткое замыкание. Сила тока при коротком замыкани. Практическое применение теплового действия тока.

Закон Джоуля — Ленца (по имени английского физика Джеймса Джоуля и русского физика Эмилия Ленца, одновременно, но независимо друг от друга открывших его в 1840г) — закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. 

При протекании тока по проводнику происходит превращение электрической энергии в тепловую, причём количество выделенного тепла будет равно работе электрических сил: 

Q = W 

Закон Джоуля — Ленца: количество тепла, выделяемого в проводнике, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания. 

Q = I2Rt = IUt = U2t / R 
P = IU = I2R = U2 / R

Коро́ткое замыка́ние — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать при нарушении изоляции токоведущих элементов или вследствие механического соприкосновения элементов, работающих без изоляции. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.(от вадима Войнова)

38 Контактная разность потенциалов, термоэдс, термобатарея, применение. Термоэлектронная эмиссия.

39 Электролиты. Электролитическая диссоциация. Ток в электролитах. Электролиз. Первый закон электролиза. Его объяснение. Электрохимический эквивалент вещества. Техническое применение электролиза.

Электроли́т — химический термин, обозначающий вещество, расплав или раствор которого проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы. Примерами электролитов могут служить кислоты, соли и основания. Электролиты — проводники второго рода, вещества, которые в растворе (или расплаве) состоят полностью или частично из ионов и обладающие вследствие этого ионной проводимостью. Электролитическая диссоциация — распад вещества на ионы под действием полярных молекул растворителя или при расплавлении. 

Диссоциация на ионы происходит вследствие взаимодействия растворённого вещества с растворителем; по данным спектроскопических методов, это взаимодействие носит в значительной мере химический характер. Наряду с сольватирующей способностью молекул растворителя определённую роль в электролитической диссоциации играет также макроскопическое свойство растворителя — его диэлектрическая проницаемость (Схема электролитической диссоциации). 

Под действием высоких температур ионы кристаллической решётки начинают совершать колебания, кинетическая энергия повышается, и наступит такой момент (при температуре плавления вещества), когда она превысит энергию взаимодействия ионов. Результатом этого является распад вещества на ионы. 

Что же произойдет, если в растворе электролита создать электрическое поле? Очевидно, что положительные ионы станут двигаться к отрицательно заряженному электроду — катоду, а отрицательные ионы — к положительно заряженному электроду, т. е. к аноду. В цепи возникнет электрический ток. 

Электро́лиз — физико-химическое явление, состоящее в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, которое возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита. 

Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — ионы кислотных остатков и гидроксильной группы — движутся к аноду. 

Явление электролиза широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений, диоксида марганца, пероксида водорода. Большое количество металлов извлекаются из руд и подвергаются переработке с помощью электролиза (электроэкстракция, электрорафинирование). 

Электролиз находит применение для очистки сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации). 
Содержание 

В 1832 году Фарадей установил, что масса M вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду Q, прошедшему через электролит: M=kQ=kIt 

Электрохимический эквивалент — количество вещества, которое должно выделиться, согласно закону Фарадея, при прохождении через электролит единицы количества электричества: 

q=Э/F 

где Э — эквивалент; F — постоянная Фарадея. 

Явление электролиза широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений, диоксида марганца, пероксида водорода. Большое количество металлов извлекаются из руд и подвергаются переработке с помощью электролиза (электроэкстракция, электрорафинирование). 

Электролиз находит применение для очистки сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации). (от Каримова Руслана)

40 Второй закон электролиза. Объединённый первый и второй законы электролиза. Число Фарадея - его физический смысл.

Второй закон Фарадея 

Электрохимические эквиваленты различных веществ относятся, как их химические эквиваленты. 

Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы A иона к его валентности z. Поэтому электрохимический эквивалент 

k=1/F *(умножить) A/z, где F — постоянная Фарадея. 

Объеденённый закон Фарадея. 

m= 1/F * M/n * Q, где М - молярная масса, n - валентность химического элемента; постоянная Фарадея F=9,65*10(в 4 степени) Кл/моль. 

остоя́нная Фараде́я \mathsf F, — физическая постоянная, определяющая соотношение между электрохимическими и физическими свойствами вещества. Постоянная Фарадея входит в качестве константы во второй закон Фарадея (закон электролиза). 

Численно постоянная Фарадея равна электрическому заряду, при прохождении которого через электролит на электроде выделяется (1/z) моль вещества A в формуле:

41 Проводимость газов. Ионизация газов. Рекомбинация. График зависимости тока в газах от напряжения. Ток насыщения. Ударная ионизация (ионизация толчком).

Ионизация газов - отрыв от нейтральных атомов и молекул электронов под действием света, рентгеновских лучей, гамма-излучения, при соударении атомов с электронами, ионами или атомами. 
Ионы 

Рекомбинация — процесс, обратный ионизации. 

Ударная ионизация 

В полупроводниках — физическое явление, при котором «горячий» электрон или «горячая» дырка, набравшие достаточно высокую кинетическую энергию в сильном электрическом поле, ионизуют кристалл и создают в нем электронно-дырочную пару. Для ионизации полупроводника энергия горячего носителя должна превышать ширину запрещенной зоны. (от Каримова Руслана)

42 Ток в вакууме.

В вакуме тока быть не может так как нет заряженных частиц. Для существования тока в вакуме нужно искуственно внести в это пространство свободно заряженные частицы. Прще это сделать за счёт термоэлектрической эмиссии но тогда ток будет не в вакууме так как ваукм это пустота и не может содержать частицы.

43 Ток в полупроводниках.

Полупроводниками назвали класс веществ, у которых с повышением температуры увеличивается проводимость, уменьшается электрическое сопротивление. Этим полупроводники принципиально отличаются от металлов. 

Типичными полупроводниками являются кристаллы германия и кремния, в которых атомы объединены кова-лентной связью. При любых температурах в полупроводниках имеются свободные электроны. Свободные электроны под действием внешнего электрического поля могут перемещаться в кристалле, создавая электронный ток проводимости. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов кристаллической решетки приводит к превращению этого атома в положительный ион. Этот ион может нейтрализоваться, захватив электрон у одного из соседних атомов. Далее, в результате переходов электронов от атомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения в кристалле места с недостающим электроном. Внешне этот процесс воспринимается как перемещение положительного электрического заряда, называемого дыркой. 

При помещении кристалла в электрическое поле возникает упорядоченное движение дырок - дырочный ток проводимости. 

В идеальном полупроводниковом кристалле электрический ток создается движением равного количества отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок. Проводимость в идеальных полупроводниках называется собственной проводимостью. 

Свойства полупроводников сильно зависят от содержания примесей. Примеси бывают двух типов - донорные и акцепторные. 

Примеси, отдающие электроны и создающие электронную проводимость, называются донорными (примеси, имеющие валентность больше, чем у основного полупроводника). Полупроводники, в которых концентрация электронов превышает концентрацию дырок, называют полупроводниками n-типа. 

Примеси, захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные дырки, не увеличивая при этом число электронов проводимости, называют акцепторными (примеси имеющие валентность меньше, чем у основного полупроводника). 

При низких температурах основными носителями тока в полупроводниковом кристалле с акцепторной примесью являются дырки, а не основными носителями - электроны. Полупроводники, в которых концентрация дырок превышает концентрацию электронов проводимости, называют дырочными полупроводниками или полупроводниками р-типа. Рассмотрим контакт двух полупроводников с различными типами проводимости. 

Через границу этих полупроводников происходит взаимная диффузия основных носителей: электроны из n-полупроводника диффундируют в р-полупроводник, а дырки из р-полупроводника в n-полупроводник. В результате участок n-полупроводника, граничащий с контактом, будет обеднен электронами, и в нем образуется избыточный положительный заряд, обусловленный наличием оголенных ионов примеси. Движение дырок из р-полупроводника в n-полупроводник приводит к возникновению избыточного отрицательного заряда в пограничном участке р-полупроводника. В результате образуется двойной электрический слой, и возникает контактное электрическое поле, которое препятствует дальнейшей диффузии основных носителей заряда. Этот слой называют запирающим. 

Внешнее электрическое поле влияет на электропроводность запирающего слоя. Если полупроводники подключены к источнику,то под действием внешнего электрического поля основные носители заряда - свободные электроны в п-полупроводнике и дырки в р-полупроводнике - будут двигаться навстречу друг другу к границе раздела полупроводников, при этом толщина p-n-перехода уменьшается, следовательно, уменьшается его сопротивление. В этом случае сила тока ограничивается внешним сопротивлением. Такое направление внешнего электрического поля называется прямым. Прямому включению p-n-перехода соответствует участок 1 на вольт-амперной характеристике Если полупроводники подключены к источникуто электроны в п-полупроводнике и дырки в р-полупроводнике будут перемещаться под действием внешнего электрического поля от границы в противоположные стороны. Толщина запирающего слоя и, следовательно, его сопротивление увеличиваются. При таком направлении внешнего электрического поля - обратном (запирающем) через границу раздела проходят только неосновные носители заряда, концентрация которых много меньше, чем основных, и ток практически равен нулю. Обратному включению р-п-перехода соответствует участок 2 на вольт-амперной характеристикео электроны в п-полупТаким образом, р-п-переход обладает несимметричной проводимостью. Это свойство используется в полупроводниковых диодах, содержащих один p-n-переход и применяемых, например, для выпрямления переменного тока или детектирования. 

Полупроводники находят широкое применение в современной электронной технике. 

Зависимость электрического сопротивления полупроводниковых металлов от температуры используется в специальных полупроводниковых приборах - терморезисторах. Приборы, в которых используется свойство полупроводниковых кристаллов изменять свое электрическое сопротивление при освещении светом, называются фоторезисторами. (от Вадима Войнова)