Головна

Шкільна бібліотека

Перелік предметів

Англійська мова
Біологія
Географія
Економіка
Інформатика
Історія
Математика
Німецька мова
ОБЖ
Політологія
Право
Природознавство
Психологія і педагогіка
Російська мова
Соціологія
Фізика
Філософія
Французька мова
Українська мова
Хімія

Підручники в PDF


 

Фізика

Електростатика

Постійний електричний струм

Основні поняття та фізичні характеристики цього розділу розглядаються у 8 класі.
Електрорушійна сила
Сили, які в джерелі струму відокремлюють (всупереч електростатичним силам) різнойменні заряди, мають назву сторонніх сил. Приклади різних за природою сторонніх сил: електрохімічні, термоелектричні, фотоелектричні та ін.
Енергетична характеристика джерела струму називається електрорушійною силою (ЕРС) і позначається : ; (вольт).
ЕРС чисельно дорівнює роботі сторонніх сил при перенесенні одиничного заряду в колі.
Закон Ома для повного кола

За законом Ома сила струму в замкненому колі , де r — опір джерела струму (внутрішній опір), R — опір споживачів електричної енергії і з’єднувальних провідників.
З’єднання провідників
Провідники можна з’єднувати послідовно або паралельно.
1) При послідовному з’єднанні провідників усі електрони провідності (весь струм) проходять через кожний із провідників, унаслідок чого збільшується число зіткнень електронів з іонами, тобто збільшується опір ділянки:
; ;
.

2) При паралельному з’єднанні провідників струм розтікається: частина йде через , частина — через і т. д., що приводить до збільшення електропровідності й зменшення опору:
;
; .

Залежність опору металів від температури. Надпровідність
При підвищенні температури збільшується амплітуда і негармонічність коливань іонів ґраток, тому зростає опір металу. Питомий опір металу залежить від температури майже лінійно: , де — термічний коефіцієнт опору. Для металів .
При зниженні температури зменшується. При дуже низьких температурах лінійність залежності порушується, а у деяких металів за певної температури опір стрибкоподібно зникає (наприклад, у ртуті, що було виявлено в 1911 р.). У 1986 р. було відкрито надпровідність спресованих порошків («кераміки») оксидів металів за температури 35 К. Через декілька років було знайдено рецепти кераміки, яка ставала надпровідною при охолодженні зрідженим азотом (), а потім — і за менш низьких температур.

Струм в електролітах. Закони електролізу
Електроліти (кислоти, луги, солі) — це речовини, які у водних розчинах і в розплавах проводять струм, маючи провідність іонного типу, тобто струм створюється срямованим рухом не електронів (як у металах), а іонів обох знаків.
Окисно-відновні реакції на електродах в електроліті називають електролізом (на електродах осаджуються іони, що виділяються з електроліту).
Закони електролізу (закони Фарадея):
1) , де m — маса речовини, що виділяється при проходженні струму через електроліт, q — заряд, який переноситься іонами, k — електрохімічний еквівалент речовини.
2) Електрохімічний еквівалент k прямо пропорційний хімічному еквіваленту , де M — маса моля речовини, n — її валентність: , .
Величина стала Фарадея.
Об’єднаний закон електролізу:
.
Струм у вакуумі. Електронна емісія. Діод
Вакуум у посудині — це настільки розріджений стан газу, що його молекули зіштовхуються одна з одною рідше, ніж зі стінками посудини.
Вакуум — ізолятор, струм у ньому може виникнути лише за рахунок штучного введення заряджених частинок. Для цього використовують емісію (випускання) електронів. У вакуумних лампах може відбуватися або термоелектронна емісія, або фотоелектронна (у фотодіоді).
У перших конструкціях вакуумних двохелектродних ламп (діодів) використовувались катоди прямого розжарення (а); потім почали виготовляти діоди з катодами непрямого нагрівання (б).

Діод має однобічну провідність, що дозволяє використовувати його для випрямлення змінного струму.
Струм у напівпровідниках. Електропровідність напівпровідників
Напівпровідники — речовини, що за провідністю стоять між провідниками й діелектриками. Приклади: германій, силіцій та ін. У цих кристалах дуже мало вільних електронів, підвищення температури збільшує їх число, зменшуючи опір кристала.
У напівпровідниках, крім напрямленого руху електронів, розглядається також рух позитивно заряджених «частинок» — «дірок». Дірка — це вакансія у зв’язках між атомами Германію або Силіцію. Вона не може існувати у ваку-умі. І електронна, і діркова провідності чистих кристалів (власна провідність) слабкі.
Внесення у кристал, який складається з атомів чотиривалентних елементів (Германій, Силіцій), домішок різної валентності різко підсилює провідність одного типу. Кристал із підсиленою електронною провідністю — n-кристал, а з підсиленою дірковою провідністю — p-кристал. У першому випадку використовуються домішки-донори з валентністю, більшою за 4 (п’ятивалентні Стибій і Фосфор). У другому випадку використовуються домішки-акцептори з валентністю 3 (Арсен, Алюміній).

Електронно-дірковий перехід. Напівпровідниковий діод. Транзистор
Якщо одна частина напівпровідникового кристала має n-провідність, а інша — p-провідність, то це вже n-p-кристал. Межа контакту зон із різною провідністю — n-p-перехід. Він має однобічну провідність.

Схемі (а) підключення n-p-кристала до джерела струму відповідає дуже слабкий струм через кристал, а схемі (б) — сильний. Інакше кажучи, схемі (б) відповідає увімкнення подвійного кристала в пропускному напрямку, а схемі (а) — у запираючому.
Однобічна провідність n-p-переходу дозволяє використовувати подвійний кристал у ролі випрямляча змінного струму (подібно до вакуумного діода).
Напівпровідниковий тріод (транзистор)
Транзистор складається з трьох напівпровідникових кристалів із домішковою провідністю. Створено транзистори з різним чергуванням кристалів: n-p-n або p-n-p.


Транзистори використовують для генерування або підсилення радіосигналів.
Змінюючи різницю потенціалів між емітером і базою (подаючи на них змінну ), можна керувати колекторним струмом.
Струм у діелектриках
Поляризація діелектриків у змінних електричних полях розглядається як своєрідний струм (струм зміщення зв’язаних зарядів діелектриків). В електричному колі змінного струму, яке містить конденсатор, струми провідності в провідниках замикаються струмом зміщення в конденсаторі.
Струм у газах. Несамостійний і самостійний розряди. Поняття про плазму
Газ може стати провідником при значному нагріванні або при дії на нього ультрафіолетового, рентгенівського і гамма-випромінювання. Зовнішні іонізатори перетворюють частину молекул газу на позитивні іони, відщеплюючи від молекул електрони. Унаслідок приєднання електронів до нейтральних атомів у деяких газах можуть утворюватись і негативні іони.
Електричний струм у газі називають газовим розрядом.
Розряд, який виникає лише в присутності зовнішнього іонізатора, — несамостійний. Струм у газі, який не зникає при усуненні зовнішнього іонізатора, — самостійнийрозряд. Такому розряду відповідає ділянка CD вольт-амперної характеристики газового розряду. Самостійний розряд підтримується позитивними іонами газу, які в достатньо сильних полях: а) вибивають електрони з катода; б) викликають ударну іонізацію молекул газу. Спад напруги на ділянці CD — наслідок суттєвого зменшення опору газового проміжку між електродами в розрядній трубці.

Плазмою називається газ із значним ступенем іонізації молекул. Розрізняють плазму низько- (плазму газового розряду) і високотемпературну (у надрах Сонця та інших зірок). 
НазадЗмістВперед

 

 
© www.SchoolLib.com.ua