Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Закон Джоуля – Ленца

До кінця вільного пробігу електрон під дією поля отримує додаткову кінетич- ну енергію

При співударі електрона з іоном ця енергія повністю передається ґратці і йде на збільшення внутрішньої енергії металу, тобто на його нагрівання.

За одиницю часу електрон стикається з вузлами ґратки в середньому разів:

.

Якщо n – концентрація електронів, то за одиницю часу відбувається зіткнень і ґратці передається енергія

,

яка йде на нагрівання провідника, густина теплової потужності струму – кількість теплоти, що виділяється за одиницю часу в одиниці об’єму провідника.

Підставивши в це рівняння вираз для , отримаємо:

Оскільки тоді .

Ця формула для обчислення густини теплової потужності електричного струму отримана теоретично на основі уявлень класичної електронної теорії. Вона є математичним виразом закону Джоуля – Ленца в диференціальній формі.

2 Электрический Ток в Растворах и Расплавах Электролитов

Растворы солей, кислот и оснований называются электролитами. Химически чистая вода почти не проводит электрического тока, но если растворить в воде какую-нибудь соль, например медный купорос, то ток через нее пойдет. При протекании электрического тока через раствор электролитов вместе с зарядом всегда переносится вещество (это явление называется электролизом). Отсюда следует, что носителями тока в этих проводниках являются ионы.

Электрической диссоциацией называется расщепление в воде солей, кислот и щелочей на положительные и отрицательные ионы. Растворы электролитов всегда содержат некоторое число ионов: катионов (положительных ионов) и анионов (отрицательных ионов). Пока электрическое поле отсутствует, ионы совершают только беспорядочное тепловое движение. Но в электрическом поле ионы, подобно электронам в металлах, начинают дрейфовать в направлении действующей на них силы: катионы - к катоду, анионы - к аноду.

Электрический ток в растворах (или расплавах) электролитов представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Опыт показывает, что сила тока при постоянном сопротивлении электролитов линейно зависит от напряжения, т. е. для растворов электролитов справедлив закон Ома.

Электронная теория позволяет рассчитать массу вещества, выделившегося на электродах при электролизе. Она равна массе одного иона m₀, умноженной на число ионов N, которые осели на электродах. Масса одного

Величины N_A и е являются универсальными постоянными, а М и z постоянны для данного вещества. Поэтому выражение

- величина, постоянная для данного вещества.

Масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду, прошедшему через раствор (или пропорциональна силе тока и времени). Эта зависимость носит название закона Фарадея.

Коэффициент k называется электрохимическим эквивалентом данного вещества. Он выражается в килограммах на кулон (кг/Кл).

Закон Фарадея позволяет определить заряд одновалентного иона:

Электролиз получил широкое применение в технике:

§ получение щелочных и щелочноземельных металлов (алюминия, магния, бериллия и др.);

§ покрытие трудно окисляемыми металлами деталей для предохранения их от коррозии;

§ гальванопластика - изготовление рельефных металлических копий предметов и др.

3 Электрический ток в проводниках

Электрический ток в проводниках Упорядоченное движение заряженных частиц называется электрическим током. Ток может возникать в различных средах (газе, жидкости, твердом теле) при условии, что в среде существуют подвижные носители заряда, которые могут двигаться под действием приложенного внешнего поля.

За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов. Если ток обусловлен движением отрицательно заряженных частиц (электроны в проводнике), то направление тока противоположно направлению реальной скорости движения частиц.

По определению силой тока называют отношение количества заряда Dq, перенесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени Dt, к самой величине этого интервала:

(8.1)

Сила тока - скалярная величина, которая может принимать как положительные, так и отрицательные значения в зависимости от произвольного выбора положительного направления вдоль проводника.

Единицей силы тока в СИ является ампер (А): [I] = А.

Связь силы тока со скоростью дрейфа заряженных частиц. Рассмотрим участок проводника поперечным сечением S. Пусть число носителей заряда в единице объема равно n, а заряд каждого носителя равен q0. В результате приложения внешнего электрического поля E носители приобретают среднюю скорость v (скорость дрейфа) в направлении приложенного поля. Пусть скорость дрейфа постоянна (идет постоянный ток).
Полный заряд в объеме цилиндра с образующей длиной Dl = vDt равен

Поэтому

(8.2)