Pilna teksta meklēšana:
Sākums > Abstrakts > Fizika
Lekcija Nr.12
Garums kā pretestības koeficients
Tā rezultātā tiek zaudēta strāva, un to, cik lielā mērā tas notiek, sauc par materiāla pretestību. Ir vairāki faktori, kas var ietekmēt pretestības līmeni. Garums ir viens no vairākiem nosacījumiem, kas ietekmē materiāla vadītspēju un pretestību. Vairāk elektrība ir jāiziet cauri vielai, jo lielāka ir šīs vielas pretestība. Īsāk sakot, jo garāks ir elektrona kustības garums, jo lielāka iespēja, ka elektrons atlēcīs no paredzētā ceļa, kas samazina daļu elektriskais lādiņš.
Temats: "Elektrība".
Lekcijas mērķis:
Lekcijas plāns.
1. Vadības strāvas jēdziens. Strāvas vektors un strāvas stiprums.
2. Oma likuma diferenciālā forma.
3. Konsekventa un paralēlais savienojums diriģenti.
4. Parādīšanās iemesls elektriskais lauks diriģentā, fiziskā
ārējo spēku jēdziena nozīme.
Platums kā pretestības koeficients
Materiāla šķērsgriezuma platums, caur kuru iet strāva, ietekmē arī vadošā materiāla pretestību un vadītspēju. Jo plašāks šķērsgriezums, jo zemāka ir vadītāja pretestība. Laba līdzība garuma un platuma faktoriem būtu boulinga zāle. Jo garāka ir trase, jo lielāka iespējamība, ka bumbiņa atsitīsies notekcaurulē, taču, jo platāka ir josla, jo lielāka iespēja, ka bumba trāpīs mērķī, netrāpot pa notekcaurulei.
Zināms, ka, tuvojoties viena magnēta galam pie otra, šie gali ik pa laikam tiek pievilkti, bet citi atbaida. Tas ir ar katru magnētu saistīto magnētiskā spēka līniju pastāvēšanas sekas, kas mijiedarbojas viena ar otru. Šīs līnijas ir slēgtas, tāpēc tās pastāv gan magnēta galos, gan tā iekšpusē. Kad magnētiskā spēka līnija, kas atrodas magnēta iekšpusē, mijiedarbojas ar virsmas vai apakšvirsmas pārtraukumu, tā būs spiesta atstāt iekšpusi, kas rodas virsmā, kur pārtraukums ir magnētiska noplūde.
5. Oma likuma atvasināšana visai ķēdei.
6. Kirhhofa pirmais un otrais noteikums.
7. Kontaktu potenciālu starpība. Termoelektriskās parādības.
8. Elektriskā strāva dažādās vidēs.
9. Strāva šķidrumos. Elektrolīze. Faradeja likumi.
1. Vadības strāvas jēdziens. Strāvas vektors un strāvas stiprums.
elektrošoks sauc par sakārtotu elektrisko lādiņu kustību. Strāvas nesēji var būt elektroni, joni, lādētas daļiņas.
Iepriekš minētā magnētiskā noplūde var būt saistīta ar jauna magnēta klātbūtni ar diviem jauniem poliem, tādēļ, ja dzelzs vīles savāktu putekļus vietā, kur pastāvēja magnētiskā noplūde, tie tiktu turēti virs spraugas, veidojot norādi. Ja šis "magnētiskais akmens", ar kādu nosaukumu tas ir vulgāri pazīstams, nonāk saskarē ar saldā dzelzs gabalu, tas arī rada, kamēr notiek kontakts, ap to magnētisko lauku. Tiek uzskatīts, ka dzelzs ietekmes rezultātā ir kļuvis par pagaidu magnētu. Ja magnetīts un tērauds saskaras, tam joprojām ir magnētiskas īpašības pēc atdalīšanas no iepriekšējā.
Ja vadītājā tiek izveidots elektriskais lauks, tad tajā sāks kustēties brīvie elektriskie lādiņi - rodas strāva, t.s. vadīšanas strāva. Ja uzlādēts ķermenis kustas telpā, tad strāva sauc par konvekciju.
Strāva var ieplūst cietvielas(metāli), šķidrumi (elektrolīti) un gāzes (gāzes izlādi izraisa gan pozitīvo, gan negatīvo lādiņu kustība).
Ietekmes ietekmē viņš kļuva par pastāvīgo magnētu. Tās pašas īpašības, ko saldais dzelzs iegūst, saskaroties ar magnetītu, tiek panākts, ievietojot to solenoīdā, kas pārklāts ar strāvu. Tādējādi, ja čuguna stienis tiek ievietots spoles vai solenoīda iekšpusē, caur kuru tiek izlaista elektriskā strāva, čuguna stienis kļūst par magnētu tik ilgi, kamēr strāva iet, bet, tiklīdz tas pārstāj iet, dzelzs zaudē savas magnētiskās īpašības. . Dzelzs stieņa un spoles komplektu sauc par elektromagnētu.
Šīs pārbaudes metodes pamatā ir princips, ka magnetizētā objektā esošās spēka līnijas tiek lokāli izkropļotas pārtraukuma dēļ. Šis izkropļojums liek dažām magnētiskā lauka līnijām iziet un atkal iekļūt testa objektā, kur atrodas pārtraukums. Šo parādību sauc par "plūsmas noplūdi". Šī plūsmas noplūde spēj piesaistīt smalki sadalīta feromagnētiskā materiāla daļiņas, kas veido ārējo līniju vai pārrāvuma norādi. Ir vēl viena testa metode, kas arī balstās uz magnētiskās plūsmas principu, ko sauc par "plūsmas noplūdes metodi".
Pašreizējie pārvadātāji ir:
Metālos elektronu virzīta kustība;
Šķidrumos - joni;
Gāzēs, elektronos un jonos.
Strāvas virzienam Ir ierasts ņemt pozitīvo lādiņu kustības virzienu.
Strāvas rašanās un pastāvēšanai tas ir nepieciešams:
brīvi uzlādētu daļiņu klātbūtne;
No teorētiskā viedokļa starp noplūdes testu un magnētisko daļiņu testu ir tikai viena atšķirība: dzelzs daļiņu izmantošana kā sensors. Plūsmas noplūdes testā kā sensori tiek izmantotas tādas ierīces kā Hall elementi, magnētu diodes, spoles sensori utt. ideālā situācija, ko var panākt ar magnētisko daļiņu testēšanu, ir tā, kas nodrošina vislielāko jutību pret mazākajām pārrāvumiem.
To panāk ar atbilstošu aspektu kombināciju, piemēram, pielietojuma stiprumu magnētiskais lauks, plūsmas blīvums testa objektā, magnētisko daļiņu izmērs un to pielietošanas metode un optimālie vizuālās novērošanas apstākļi, kas tiks pētīti šajā rokasgrāmatā, 2. Šie magnēti vai domēni ir nejauši, nejauši sadalīti, parasti paralēli. uz materiāla kristāliskajām asīm, lai to kopējā magnētiskā rezultātā rezultāts būtu nulle. Materiāls, kas var tikt magnetizēts, novietojot to netālu no magnēta vai elektriskās strāvas, orientē tā magnētiskos domēnus, norādot uz pilnīga magnēta esamību.
elektriskā lauka klātbūtne vadītājā.
Strāvas galvenā īpašība ir strāvas stiprums , kas ir vienāds ar lādiņa daudzumu, kas 1 sekundē izgājis caur vadītāja šķērsgriezumu.
kur q ir lādiņa apjoms;
t ir uzlādes tranzīta laiks.
Magnētisko domēnu orientācija. Procesu, kurā materiāla submikroskopiskie apgabali tiek sakārtoti galvenokārt vienā virzienā, sauc par magnetizāciju. Kad visi domēni bija orientēti, feromagnētiskais materiāls kļuva par magnētu ar ziemeļpolu un dienvidu polu. Kad visi domēni ir izlīdzināti, feromagnētiskais materiāls attīsta kopējo spēku, kas vienāds ar visu domēnu summu. spēka līnijas ir noteikts virziens. Viņi dodas uz ziemeļpolu, ieiet dienvidu polā un turpina caur magnētu no dienvidu pola uz ziemeļpolu.
Pašreizējais stiprums ir skalāra vērtība.
Tiek saukta strāva, kuras stiprums un virziens laika gaitā nemainās pastāvīgs , citādi - mainīgie .
Elektriskā strāva uz vadītāja virsmas var būt nevienmērīgi sadalīta, tāpēc dažos gadījumos tie tiek izmantoti strāvas blīvuma jēdziens i .
Materiālu magnētiskās īpašības. Tēraudu magnētiskās īpašības. Sastāva, termiskās apstrādes un cietēšanas īpašību ietekme Materiālu magnētiskās īpašības Visi materiāli ir pakļauti zināmas pakāpes magnētiskajiem laukiem. Šis fakts ir sekas tam, ka atomos ir kodoli ar pozitīvu elektrisko lādiņu, kurus ieskauj negatīvi lādēts lauks vai elektronu mākonis. Elektroni ir iekšā nepārtraukta kustība griežas ap kodolu. Kad materiāls tiek pakļauts magnētiskajam laukam, elektronu orbīta zināmā mērā tiek traucēta.
Vidējais strāvas blīvums ir vienāds ar strāvas stipruma attiecību pret vadītāja šķērsgriezuma laukumu.
, 
, (2)
kur J ir pašreizējās izmaiņas;
S - platības maiņa.
Ārējam magnētiskajam laukam pakļauta materiāla deformācijas pakāpe ļauj klasificēt materiālus. Ņemot vērā deformācijas pakāpi un magnētisko raksturlielumu izmaiņas, ko izraisa 3. Sakausējumu apzīmējums Feromagnētisko materiālu izpētei un ražošanai jāņem vērā, ka to uzvedība būtiski ir atkarīga no mikrostruktūras, reālo fāžu struktūras, neviendabībām, struktūras. nepilnības, atlikušie spriegumi utt. magnētiskās īpašības difinitīvā ir atkarīgas no ķīmiskais sastāvs, struktūra, termiskā un mehāniskā apstrāde, kurai tas ir bijis pakļauts materiālam.
2. Oma likuma diferenciālā forma.
1826. gadā vācu fiziķis Oma eksperimentāli noteica, ka strāvas stiprums Dž vadītājā ir tieši proporcionāls spriegumam U starp tā galiem
, (3)
kur k ir proporcionalitātes koeficients, ko sauc
elektrovadītspēja vai vadītspēja; [k] = [cm] (sīmens).
Ņemot vērā to histerēzes līkni, kā būs redzams tālāk, materiālus var klasificēt kā magnētiski mīkstus, ja magnetizētais materiāls ir viegli demagnetizējams, un magnētiski cietus, ja notiek pretējais. Kopumā visi tie faktori, kas palielina materiāla mehānisko izturību, palielina arī tā magnētisko spēku un piespiedu spēku. Mīkstie materiāli: tiem ir raksturīga augsta magnētiskā caurlaidība, tāpēc to histerēzes līkne būs ļoti stāva un šaura. Cietiem materiāliem tiem ir augsta koercivitāte ar nelielu histerēzes līknes slīpumu, saglabājot augstu aizturi, kad induktivitātes lauks tiek noņemts.
Vērtība 
(4)
sauca vadītāja elektriskā pretestība .
Mēs iegūstam izteiksmi
. (5)
Oma likums sižetam elektriskā ķēde, kas nesatur strāvas avotu
Mēs izsakām no šīs formulas R
Kopumā mēs varam teikt, ka tiem ir magnētiskas īpašības, galvenokārt dzelzs un daži citi metāli, piemēram, niķelis un kobalts. Ir sakausējumi ar labām magnētiskajām īpašībām; labi pastāvīgie magnēti ir izgatavoti no rūdīta tērauda. Dzelzs un atkvēlināts tērauds nesatur magnētismu, kad magnetizācijas spēks apstājas. Volframa tērauds ir sakausējums, ko izmanto magnētu, kā arī kobalta sakausējumu ražošanai. Tāpēc tie galvenokārt ir tērauds, materiāli, kuriem ir magnētiskas īpašības.
Tērauds ir sakausējumi ar dzelzs bāzi, kuros oglekļa saturs ir mazāks par 8%. Sakausējumu apzīmējums: dažādi valsts standarti sakausējumus klasificē pēc to sastāva, izmantojot kodēšanas ciparus un burtus, kas identificē to īpašības.
. 
(6)
Elektriskā pretestība ir atkarīga no vadītāja formas, izmēra un vielas.
Vadītāja pretestība tieši proporcionāls tā garumam l un apgriezti proporcionāls šķērsgriezuma laukumam S.
Jau grieķi savos darbos runā par Magnēzijā iegūto minerālu, kuram bija īpašība piesaistīt mazas dzelzs daļiņas, ko viņi sauca par magnetītu vai "magnētisko akmeni". Tomēr šķiet, ka grieķu vidū magnētiskā polaritāte nebija zināma. Vēlāk Bekerels un Faradejs parādīja, ka visus ķermeņus vienā vai otrā veidā ietekmē magnētisms. dažādas pakāpes. Šo dabisko vai mākslīgo magnētu spēju piesaistīt dzelzs daļiņas sauc par magnētismu. Ķermenis, kas spēj magnetizēt un piesaistīt dzelzi un citus feromagnētiskus materiālus, ir pazīstams kā magnēts.
, (7)
kur - raksturo materiālu, no kura izgatavots vadītājs un
sauca vadītāja pretestība
.
Express :
. (8)
Magnētisma izcelsme ir izskaidrojama ar strauju elektronu kustību, kad tie griežas apkārt atoma kodols, tāpēc magnēta spēja piesaistīt vai atgrūst uz tā virsmas ir nevienmērīga, bet tā vietā koncentrēta lokālos apgabalos, ko sauc par magnētiskajiem poliem. Katram magnētam ir divi pretēji poli: vienu pievelk zemes ziemeļpols un tas ir magnēta ziemeļpols, bet otru pievelk zemes dienvidu pols, un to sauc par magnēta dienvidu polu; jo faktiski ģeogrāfiskais Z pols ir magnētisks uz dienvidiem ar nelielu novirzi, kas gadu gaitā mainās.
Vadītāja pretestība ir atkarīga no temperatūras. Palielinoties temperatūrai, pretestība palielinās
kur R 0 ir vadītāja pretestība pie 0С;
t ir temperatūra;
- temperatūras pretestības koeficients
(metālam 0,04 grādi -1).
Formula ir derīga arī pretestībai
, (10)
Kad dzelzs nav magnetizēts, tās atomu elektroni ir nejauši orientēti, tāpēc, tā kā nav ievērojama neto spēka, magnētisko polu esamība nav acīmredzama. Kad dzelzi uzklāj magnētiskais lauks, atomi orientēsies pielietotā lauka virzienā un nozīmē, izdalot magnētiskos polus, kas piesaistīs dzelzs daļiņas. 3. attēls Magnētiskās līnijas nav nogrieztas, tās ir slēgtas līknes, un tiek pieņemts, ka tās ieiet magnētā dienvidu polā un iziet no ziemeļpola.
Daži feromagnētiskie materiāli saglabā šo pievilcīgo spēku pat pēc atdalīšanas no induktora lauka, kas ir pastāvīgais magnēts, jo tie spēj atbalstīt vai noturēt lielu magnētiskā lauka daudzumu. pastāvīgie magnēti var iegūt dabiskā stāvoklī vai mākslīgi iegūt, termiski apstrādājot īpašas formas sakausējumu, vienlaikus pakļaujot to spēcīgam magnētiskajam laukam. Termiskās apstrādes procesā domēni izlīdzinās un paliek līdzināti, kad tiek noņemts ārējais lauks.
kur 0 ir vadītāja pretestība pie 0С.
Zemā temperatūrā (<8К) сопротивление некоторых металлов (алюминий, свинец, цинк и др.) скачкообразно уменьшается до нуля: металл становится absolūtais diriģents.
Šo fenomenu sauc supravadītspēja .
Aizstāt izteiksmi (7) ar (5)
. (11)
Pārgrupējiet izteiksmes nosacījumus
, (12)
kur J/S=i – strāvas blīvums;
1/= - vadošās vielas īpatnējā vadītspēja;
u/e=E ir elektriskā lauka stiprums vadītājā.
(13)
Oma likums diferenciālā formā.
3. Iemesls elektriskās strāvas parādīšanās vadītājam.
Ārējo spēku jēdziena fiziskā nozīme. Ārējo spēku darbs.
Oma likums parāda, ka strāvas blīvums ir tieši proporcionāls intensitātei E elektriskais lauks, kas iedarbojas uz brīviem lādiņiem un izraisa to sakārtotu kustību.
Kāds ir elektriskais lauks vadītājā? Tas ir elektrostatiskais lauks, ko rada elektroni un pozitīvie joni (Kulona spēka lauks).
Kulona spēki noved pie tādas brīvo lādiņu pārdales, kurā elektriskais lauks vadītājā pazūd, un potenciāli visos punktos tiek izlīdzināti. Tāpēc Kulona spēki nevar izraisīt tiešo elektrisko strāvu.
Par atbalstu līdzstrāvaķēdē neelektriskas izcelsmes spēkiem jādarbojas uz brīviem lādiņiem, ko sauc ārējie spēki . Trešās puses spēki izraisīt pretējo lādiņu atdalīšanu un uzturēt potenciālu starpību vadītāja galos. Tiek izveidots papildu ārējo spēku elektriskais lauks vadītājā pašreizējie avoti(galvaniskās šūnas, akumulatori, elektriskie ģeneratori). Ārējo spēku avots līdzstrāvas ķēdē ir tikpat nepieciešams kā sūknis hidrauliskajā sistēmā.
Ārējo spēku radītā lauka dēļ elektriskie lādiņi pārvietojas strāvas avota iekšpusē pret elektrostatiskā lauka spēkiem. Sakarā ar to ārējās ķēdes galos tiek uzturēta potenciālu starpība un ķēdē plūst pastāvīga elektriskā strāva.
Trešās puses spēki darbojas pašreizējā avotā (mehāniskā, ķīmiskā utt.) iztērētās enerģijas dēļ.
Ārējo spēku darbu uz vienības pozitīvo lādiņu sauc par elektromotora spēku.
. (14)
4. Oma likuma atvasināšana visai elektriskajai ķēdei.
Lai slēgta elektriskā ķēde sastāv no strāvas avota ar , ar iekšējo pretestību r un ārējai daļai ir pretestība R.
R ir ārējā pretestība;
r ir iekšējā pretestība.
, (15)
kur 
– ārējās pretestības spriegums; (16)
A - darbs pie lādiņa q pārvietošanas strāvas avotā,
i., darbs pie iekšējās pretestības. Tad
,
(17)
jo 
, tad
, (18)
pārrakstīt izteiksmi priekš
,
. (19)
Tā kā saskaņā ar Oma likumu slēgtai elektriskajai ķēdei ( = IR)
IR un Ir - sprieguma kritums ķēdes ārējā un iekšējā daļā, tad
. (20)
Oma likums slēgtai elektriskajai ķēdei
Slēgtā elektriskā ķēdē avota elektromotora spēks strāva ir vienāda ar sprieguma kritumu summu visās ķēdes daļās.
5. Kirhhofa pirmais un otrais noteikums.
Praksē bieži vien ir nepieciešams aprēķināt sarežģītas līdzstrāvas elektriskās ķēdes. Sarežģīta elektriskā ķēde sastāv no vairākām slēgtām vadošām ķēdēm, kurām ir kopīgas zonas. Katrai ķēdei var būt vairāki strāvas avoti. Strāvas stiprumi atsevišķās sekcijās var atšķirties pēc lieluma un virziena.
Kirhhofa pirmais noteikums ir nosacījums pastāvīgai strāvai ķēdē.
Sauksim par atzarošanas punktu jebkuru punktu, kurā saplūst vairāk nekā divi vadītāji Kirhhofa pirmais noteikums : Strāvas stiprumu algebriskā summa filiāles mezglā ir nulle
, (21)
kur n ir vadītāju skaits;
I i - strāvas vadītājos.
Strāvas, kas tuvojas mezglam, tiek uzskatītas par pozitīvām, atstājot mezglu - negatīvas.
Node BET Pirmais Kirhhofa noteikums ir uzrakstīts:
. (22)
Kirhhofa otrais noteikums ir Oma likuma vispārinājums sazarotām elektriskām ķēdēm. Tas izklausās šādi: Jebkurā slēgtā sazarotas elektriskās ķēdes ķēdē algebriskā summaes i par pretestībuR i šīs ķēdes atbilstošo posmu daļa ir vienāda ar tajā pielietotā EML summu i
Lai sastādītu vienādojumu, jāizvēlas apvedceļa virziens (pulksteņrādītāja virzienā vai pretēji pulksteņrādītāja virzienam). Visas strāvas, kas sakrīt virzienā ar cilpas apvedceļu, tiek uzskatītas par pozitīvām. Strāvas avotu EMF tiek uzskatīts par pozitīvu, ja tie rada strāvu, kas vērsta uz ķēdes apvedceļu. Tā, piemēram, Kirhofa noteikums I, II, III k.
I - 1 + 2 \u003d -I 1 r 1 - I 1 R 1 + I 2 r 2 + I 2 R 2.
II - 2 + 3 \u003d -I 2 r 2 - I 2 R 2 - I 3 r 3 - I 3 R 3.
III - 1 + 3 \u003d -I 1 r 1 - I 1 R 1 - I 3 r 3 - I 3 R 3.
Pamatojoties uz šiem vienādojumiem, tiek aprēķinātas ķēdes.
6. Kontakta potenciāla starpība. Termoelektriskās parādības.
Elektroni metālā atrodas nejaušā termiskā kustībā. Elektroni ar vislielāko kinētisko enerģiju var izlidot no metāla apkārtējā telpā. Tajā pašā laikā tie darbojas pret pievilkšanas spēkiem no pārmērīga pozitīvā lādiņa puses, kas rodas elektronu emisijas rezultātā, kas veidojas ap vadītāju. elektronu mākonis". Starp elektronu gāzi metālā un "elektronu mākoni" ir dinamisks līdzsvars.
Elektrona darba funkcija ir darbs, kas jāveic, lai elektronu izņemtu no metāla bezgaisa telpā.
Elektronu trūkums vadītājā un pārpalikums apkārtējā telpā izpaužas ļoti plānā slānī abās vadītāja virsmas pusēs (vairāki starpatomu attālumi metālā). Tāpēc metāla virsma ir elektrisks dubultslānis, līdzīgs ļoti plānam kondensatoram.
Potenciālu starpība starp kondensatora plāksnēm ir atkarīga no elektrona darba funkcijas.
, (24)
kur e ir elektronu lādiņš;
- kontakta potenciālu starpība starp metālu un
vide;
A ir darba funkcija (elektronvolts - E-V).
Darba funkcija ir atkarīga no metāla ķīmiskās īpašības un tā virsmas stāvokļa (piesārņojums, mitrums).
Kontaktpotenciālu starpības rašanās starp saskarē esošajiem metāla vadītājiem tika atklāta 18. gadsimta beigās. itāļu fiziķis Volta. Viņš eksperimentāli izveidoja divi Voltas likumi:
1. Savienojot divus vadus, kas izgatavoti no dažādiem metāliem, starp tiem rodas kontaktu potenciālu starpība, kas ir atkarīga tikai no ķīmiskā sastāva un temperatūras.
2. Potenciālu starpība starp ķēdes galiem, kas sastāv no virknē savienotiem metāla vadītājiem vienā temperatūrā, nav atkarīga no starpvadu ķīmiskā sastāva. Tas ir vienāds ar kontakta potenciālu starpību, kas rodas no galējo vadītāju tiešā savienojuma.
Termoelektriskās parādības.
Apsveriet slēgtu ķēdi, kas sastāv no diviem metāla vadītājiem 1 un 2 . Šai ķēdei piemērotais emf ir vienāds ar visu potenciālo lēcienu algebrisko summu
Ja slāņu temperatūra ir vienāda,
, tad =0.
Ja slāņu temperatūra ir atšķirīga, piemēram, 
, tad
, (26)
kur ir konstante, kas raksturo divu metālu saskares īpašības.
Šajā gadījumā parādās slēgtā ķēdē termoelektromotīves spēks , kas ir tieši proporcionāls temperatūras starpībai starp diviem slāņiem.
Temperatūras mērīšanai plaši izmanto metālu termoelektriskās parādības. Šim nolūkam tie tiek izmantoti termoelementi vai termopāri, kas ir divi vadi, kas izgatavoti no dažādiem metāliem un sakausējumiem. Šo vadu gali ir pielodēti. Viens krustojums tiek ievietots vidē, temperatūra T 1 kuru vēlaties izmērīt, bet otrs - vidē ar nemainīgu zināmu temperatūru.
Termopāriem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar parastajiem termometriem: tie ļauj izmērīt temperatūru plašā diapazonā no desmitiem līdz tūkstošiem absolūtās skalas grādu. Termopāri ir ļoti jutīgi un tāpēc ļauj izmērīt ļoti nelielas temperatūras atšķirības (līdz 10 -6 grādiem). Piemēram: dzelzs konstantā mēra temperatūru līdz 500 С un ar jutību 5,3 10 -5 V/deg; platīna-platīna-rodija (90% platīna un 10% rodija) jutība ir 6 10 -6 v / grādi, un tos izmanto temperatūras mērīšanai no zemākās līdz tūkstošiem grādu.
Termopāri var izmantot, lai uzraudzītu temperatūras izmaiņas laika gaitā. Iespēja uzstādīt galvanometru ievērojamā attālumā ļauj izmantot termopārus automātiskajās ierīcēs. Lai palielinātu termopāru jutību, tiek izmantoti to seriālie savienojumi, ko sauc par termopāļiem.
7. Elektriskā strāva dažādās vidēs.
Elektriskā strāva gāzēs .
Gāzes normālos apstākļos ir dielektriķi , sastāv no elektriski neitrāliem atomiem un molekulām.
Kad gāzes tiek jonizētas, rodas elektriskās strāvas nesēji (pozitīvie lādiņi).
Elektrisko strāvu gāzēs sauc gāzes izlāde . Lai veiktu gāzes izlādi caurulē ar jonizētu gāzi, jābūt elektriskajam vai magnētiskajam laukam.
Gāzes jonizācija var rasties ārējās ietekmes ietekmē - spēcīga karsēšana, ultravioletais un rentgena starojums, radioaktīvais starojums, kad gāzu atomi (molekulas) tiek bombardēti ar ātriem elektroniem vai joniem.
Jonizācijas procesa mērs ir jonizācijas intensitāte , ko mēra ar pretēji lādētu daļiņu pāru skaitu, kas parādās gāzes tilpuma vienībā laika intervālā.
trieciena jonizācija sauc par viena vai vairāku elektronu atslāņošanos no atoma (molekulas), ko izraisa sadursme ar elektronu vai jonu gāzes atomiem vai molekulām, ko paātrina elektriskais lauks izlādes laikā.
1. Pašpietiekama gāzes izlāde ir ārējo jonizatoru radītā gāzu elektriskā vadītspēja.
Strāvas-sprieguma raksturlielums gāzizlādei: palielinoties U, palielinās uzlādēto daļiņu skaits, kas sasniedz elektrodu, un strāva palielinās līdz I = I uz , kurā visas uzlādētās daļiņas sasniedz elektrodus. Tajā pašā laikā U=Uk
, (27)
piesātinājuma strāva
kur e ir elementārais lādiņš;
N 0 - maksimālais izveidoto vienvērtīgo jonu pāru skaits
gāzes tilpumā 1 s.
Straujš strāvas pieaugums sadaļā AB kas saistīti ar triecienjonizācijas rašanos.
2. Neatkarīga gāzes izlāde - izlāde, kas turpinās pēc ārējā jonizatora darbības pārtraukšanas. To uztur un attīsta triecienjonizācija.
Pašpietiekama gāzes izplūde kļūst pašpietiekama, kad U h- aizdedzes spriegums. Šo pārejas procesu sauc gāzes elektriskais sadalījums .
Atkarībā no gāzes spiediena un sprieguma ir:
1) svelmes izlāde;
2) korona izlāde;
3) dzirksteles izlāde;
4) loka izlāde.
mirdzuma izlāde izmanto gāzes gaismas lampās, gāzes lāzeros.
korona izlāde - izmanto lauksaimniecības kultūru sēklu dezinfekcijai.
dzirksteles izlāde - zibens (strāva līdz vairākiem tūkstošiem ampēru, garums - vairāki kilometri).
loka izlāde (Т=3000 °С – pie atmosfēras spiediena, gāzes temperatūra ir 5000…6000 °С). To izmanto kā gaismas avotu jaudīgos prožektoros, projekcijas iekārtās.
Plazma - īpašs vielas agregācijas stāvoklis, kam raksturīga augsta daļiņu jonizācijas pakāpe.
Plazma ir sadalīta
– vāji jonizēts( - procenta daļas - atmosfēras augšējie slāņi, jonosfēra);
– daļēji jonizēts(vairāki %);
– pilnībā jonizēts(saule, karstas zvaigznes, daži starpzvaigžņu mākoņi).
Mākslīgi radīto plazmu izmanto gāzizlādes lampās, plazmas elektriskās enerģijas avotos un magnetodinamiskajos ģeneratoros.
Emisijas parādības :
1. Fotoelektroniskā emisija - elektronu gaismas iedarbībā izvilkšana no metālu virsmas vakuumā.
2. Termiskā emisija - elektronu emisija no cietiem vai šķidriem ķermeņiem, kad tie tiek karsēti.
3. Sekundārā elektronu emisija ir elektronu pretplūsma no virsmas, ko vakuumā bombardē elektroni.
Tiek sauktas ierīces, kuru pamatā ir termiskās emisijas fenomens elektroniskās lampas .
Diode, triode jāapsver neatkarīgi.
Elektriskā strāva cietās vielās .
Metāls ir kristāla režģis. Pozitīvi lādēti joni-mezgli rada elektrisko lauku metāla iekšpusē. Režģa mezgli ir sakārtoti stingrā secībā, tāpēc lauks, ko tie rada, ir periodiska koordinātu funkcija. Tāpēc elektroni var atrasties tikai noteiktos stāvokļos, kas atbilst viņu enerģijas diskrētajām vērtībām.
Tā kā cietās vielās elektrons mijiedarbojas ne tikai ar savu atomu, bet arī ar citiem kristāla režģa atomiem, atomu enerģijas līmeņi tiek sadalīti līdz ar veidošanos. enerģijas josla .
Uz att. parādīta izolētu atomu enerģijas līmeņu sadalīšanās, kad tie tuvojas un veido enerģijas joslas.
Šo elektronu enerģija var atrasties ēnotajās zonās, ko sauc atļautās enerģijas zonas . Diskrēti līmeņi, kas atdalīti ar apgabaliem aizliegtās enerģijas vērtības – aizliegtās zonas (to platums ir samērīgs ar aizliegto zonu platumu).
Dažādu veidu cietvielu elektrisko īpašību atšķirības izskaidro:
1) aizliegto enerģijas joslu platums;
2) dažāda pieļaujamo enerģijas joslu piepildīšana ar elektroniem
(vadu dielektrisks).
8. Strāva šķidrumos. Elektrolīze. Faradeja likumi.
Novērojumi liecina, ka daudzi šķidrumi ļoti slikti vada elektrību (destilēts ūdens, glicerīns, petroleja utt.). Sāļu, skābju un sārmu ūdens šķīdumi labi vada elektrību.
Elektrolīze - strāvas pāreja caur šķidrumu, izraisot vielu izdalīšanos, kas veido elektrolītu uz elektrodiem.
elektrolīti - vielas ar jonu vadītspēju. Jonu vadītspēja – sakārtota jonu kustība elektriskā lauka iedarbībā. joni Atomi vai molekulas, kas ir zaudējušas vai ieguvušas vienu vai vairākus elektronus. Pozitīvie joni - katjoni, negatīvs - anjoni.
Elektrisko lauku šķidrumā rada elektrodi (“+” – anods, “–” – katods). Pozitīvie joni (katjoni) virzās uz katodu, negatīvie - pret anodu.
Ir izskaidrots jonu izskats elektrolītos elektriskā disociācija – izšķīdušo vielu molekulu sadalīšanās pozitīvos un negatīvos jonos mijiedarbības ar šķīdinātāju rezultātā (Na + Cl - ; H + Cl - ; K + I - ...).
Disociācijas pakāpe sauc par molekulu skaitu n 0 , disociēti jonos, uz kopējo molekulu skaitu n 0
. (28)
Jonu termiskās kustības laikā notiek reversais jonu atkalapvienošanās process, ko sauc rekombinācija .
M. Faradeja likumi (1834).
Pie elektroda izdalītās vielas masa ir tieši proporcionāla elektriskajam lādiņam q iet cauri elektrolītam
vai 
, (29)
kur k ir vielas elektroķīmiskais ekvivalents; vienāds ar vielas masu
izdalās, ejot cauri elektrolīta blokam
elektroenerģijas daudzums.
, (30)
kur I ir līdzstrāva, kas iet caur elektrolītu.
Vielu elektroķīmiskie ekvivalenti ir tieši proporcionāli to atomu (molmasu) attiecībai pret valenci n
, (31)
kur A ir atomu masa;
n ir valence.
Faraday konstante
kur С ir universāla konstante visiem elementiem.
F \u003d 9,648 10 4 C / mol
fiziskā nozīme izriet no Faradeja vienotā elektrolīzes likuma
Lauki, ko rada viena uzlādēta ... kondensatora lādiņa pretestība strāva Pretestības ķēdē ir zināmas strāva. Noteikt ... Risinājums ir ķēdes spriegums. . - strāvaķēdē. ir līdzvērtīga ķēdes pretestība. -...
Elektriskā strāva dažādās vidēs (2)
Abstrakts >> Fizika... Elektriskā Pašreizējais gāzēs Gāzēs ir atkarīgās un neatkarīgās elektriskās ierindojas. Noplūdes fenomens elektrisks strāva... gaiss tad elektrisks strāva nerodas vakuumā - nav nesēju elektrisks strāva. Amerikāņu zinātnieks...
Elektriskā strāvašķidruma vadītājos
Prakses atskaite >> Fizika1 Elektrolīzes process elektrolītu šķīdumos un kausējumos Elektriskā strāva metālos nenotiek ķīmiski procesi ... ir tāda vadītāju klase, kurā elektrisks strāva vienmēr pavada noteiktas ķīmiskas izmaiņas...
Šīs uzlādētās daļiņas teorētiski bieži sauc par strāvas nesējiem. Vadītājos un pusvadītājos strāvas nesēji ir elektroni, elektrolītos – uzlādēti joni. Gāzēs gan elektroni, gan joni var būt lādiņa nesēji. Piemēram, metālos var pārvietoties tikai elektroni. Līdz ar to elektriskā strāva tajos ir vadīšanas elektronu kustība. Jāņem vērā, ka elektriskās strāvas pārejas rezultāts metālos un elektriski vadošos šķīdumos būtiski atšķiras. Metālos nenotiek ķīmiskie procesi pārejot strāvai. Savukārt elektrolītos strāvas ietekmē uz elektrodiem izdalās vielas joni (elektrolīzes parādība). Strāvas darbības rezultātu atšķirība ir izskaidrojama ar to, ka lādiņnesēji metālā un elektrolītā būtiski atšķiras. Metālos tie ir brīvi elektroni, kas atdalījušies no atomiem, šķīdumos tie ir joni, tas ir, atomi vai to grupas, kurām ir lādiņš.
Jā, vispirms nepieciešamais nosacījums elektriskās strāvas esamība jebkurā vielā ir strāvas nesēju klātbūtne.
Lai lādiņi būtu līdzsvarā, potenciālajai starpībai starp jebkuriem vadītāja punktiem jābūt vienādam ar nulli. Ja šis nosacījums tiek pārkāpts, līdzsvara nav, tad lādiņš pārvietojas. Tāpēc otrs nepieciešamais nosacījums elektriskās strāvas pastāvēšanai vadītājā ir sprieguma radīšana starp dažiem punktiem.
Sakārtoto brīvo lādiņu kustību, kas notiek vadītājā elektriskā lauka darbības rezultātā, sauc par vadīšanas strāvu.
Tomēr mēs atzīmējam, ka lādētu daļiņu sakārtota kustība ir iespējama, ja lādētais vadītājs vai dielektriķis tiek pārvietots telpā. Šādu elektrisko strāvu sauc par konvekciju.
Līdzstrāvas ieviešanas mehānisms
Lai strāva pastāvīgi plūst vadītājā, ir nepieciešams, lai vadītājam (vai vadītāju komplektam - vadītāju ķēdei) būtu pievienota kāda ierīce, kurā pastāvīgi notiek elektrisko lādiņu atdalīšanas process un tādējādi. uztur spriegumu ķēdē. Šo ierīci sauc par strāvas avotu (ģeneratoru). Spēkus, kas atdala lādiņus, sauc par ārējiem spēkiem. Tie ir neelektriskas izcelsmes un darbojas tikai avota iekšpusē. Kad lādiņi ir atdalīti, ārējie spēki rada potenciālu starpību starp ķēdes galiem.
Gadījumā, ja elektriskais lādiņš pārvietojas pa slēgtu ķēdi, elektrostatisko spēku darbs ir nulle. Tas nozīmē, ka kopējais to spēku darbs ($A$), kas iedarbojas uz lādiņu, ir vienāds ar ārējo spēku darbu ($A_(st)$). Fiziskais daudzums, kas raksturo pašreizējo avotu avots emf($(\mathcal E)$), tas ir definēts kā:
\[(\mathcal E)=\frac(A)(q)\left(1\right),\]
kur $q$ ir pozitīvs lādiņš. Uzlāde pārvietojas slēgtā kontūrā. EML nav spēks tiešā nozīmē. Mērvienība $\left[(\mathcal E)\right]=B$.
Ārējo spēku raksturs var būt dažāds, piemēram, galvaniskajā šūnā ārējie spēki ir elektroķīmisko procesu rezultāts. Līdzstrāvas mašīnā šis spēks ir Lorenca spēks.
Galvenās strāvas īpašības
Strāvas virzienu parasti uzskata par pozitīvo daļiņu kustības virzienu. Tas nozīmē, ka strāvas virzienam metālos ir pretējs virziens attiecībā pret daļiņu kustības virzienu.
Elektrisko strāvu raksturo strāvas stiprums. Strāva ($I$) ir skalārs lielums, kas ir vienāds ar lādiņa laika atvasinājumu ($q$) strāvai, kas plūst caur virsmu S:
Strāva var būt nemainīga un mainīga. Gadījumā, ja strāvas stiprums un tās virziens laika gaitā nemainās, tad šādu strāvu sauc par konstantu un tai strāvas stipruma izteiksmi var uzrakstīt šādi:
kur strāvas stiprumu definē kā lādiņu, kas laika vienībā iet caur virsmu S.
SI sistēmā strāvas pamatvienība ir ampērs (A).
Strāvas vektora lokālais raksturlielums ir tās blīvums. Strāvas blīvuma vektors ($\overrightarrow(j)$) raksturo to, kā strāva tiek sadalīta pa sekciju S. Šis vektors ir vērsts pozitīvo lādiņu kustības virzienā. Strāvas blīvuma vektora absolūtā vērtība ir:
kur $dS"$ ir elementārās virsmas $dS$ projekcija uz plakni, kas ir perpendikulāra strāvas blīvuma vektoram, $dI$ ir strāvas stipruma elements, kas plūst caur virsmām $dS\ un\ dS"$ .
Strāvas blīvumu metālā var attēlot šādi:
\[\overrightarrow(j)=-n_0q_e\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle \ \left(5\right),\]
kur $n_0$ ir vadītspējas elektronu koncentrācija, $q_e=1.6(\cdot 10)^(-19)Cl$ ir elektronu lādiņš, $\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle $ -- vidējais sakārtotās elektronu kustības ātrums. Pie maksimālajiem strāvas blīvumiem $\left\langle \overrightarrow(v)\right\rangle =(10)^(-4)\frac(m)(s)$.
Fundamentāls fiziskais likums ir elektriskā lādiņa nezūdamības likums. Ja izvēlamies patvaļīgu slēgtu fiksētu virsmu S (1. att.), kas ierobežo tilpumu V, tad elektroenerģijas daudzums, kas sekundē izplūst no tilpuma V, tiek definēts kā $\oint\limits_S(j_ndS.)$ Tas pats daudzums elektroenerģijas daudzumu var izteikt kā uzlādi: $-\frac(\partial q)(\partial t)$, tāpēc mums ir:
\[\frac(\partial q)(\partial t)=-\oint\limits_S(j_ndS\left(6\right),)\]
kur $j_n$ ir strāvas blīvuma vektora projekcija uz virsmas elementa $dS$ normālvirziena virzienu, kamēr:
kur $\alpha $ ir leņķis starp normālā virzienu uz dS un strāvas blīvuma vektoru. Vienādojums (6) izmanto daļēju atvasinājumu, lai uzsvērtu, ka virsma S ir nekustīga.
(6) vienādojums ir lādiņa nezūdamības likums makroskopiskajā elektrodinamikā. Gadījumā, ja strāva ir nemainīga laikā, mēs rakstām lādiņa nezūdamības likumu šādā formā:
\[\oint\limits_S(j_ndS=0\left(8\right).)\]