Физика / 22 - Электрический ток

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Биофизики, информатики и медицинской аппаратуры

Методическая разработка

практического занятия

для студентов 1 курса

по теме: «Электрический ток. Электрофорез».

Утверждено

на методическом совещании кафедры

«___» _________________ 200__ г.

Протокол № _________

Зав.кафедрой,

д.м.н., профессор __________ Годлевский Л.С.

ОДЕССА - 2009

1. Тема: "Электрический ток".

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц в пространстве. В металлах и полупроводниках это электроны, в электролитах положительно и отрицательно заряженные ионы, в ионизированных газах - ионы и электроны. За направление тока выбирают движение положительно заряженных частиц. Таким образом направление движения тока в металлах противоположный направлению движения электронов.

Электрический ток в веществе возникает под действием электрического поля. Электрическое поле заставляет двигаться свободные носители заряда: электроны, дырки или ионы. Согласованное движение носителей заряда во внешнем электрическом поле называется дрейфовим током.

Электрический ток возникает также под действием отличных от электрического поля причинам. В таких случаях говорят, что электрический ток обусловлен посторонними силами. Количественной характеристикой способности посторонних сил создавать электрический ток является так называемая электродвижущая сила, или сокращенно э.д.с. Рассмотрим несколько различных примеров создания тока сторонними силами.

Диффузионный ток возникает тогда, когда носители заряда розпродилени в веществе неоднородно. Диффузионный ток важен для работы полупроводниковых приборов, в частности транзисторов.

В гальванических элементах, батарейках, аккумуляторах электрический ток возникает вследствие химических преобразований, происходящих на границе электродов с электролитом.

В термоэлектрических источниках тока электрический ток возникает вследствие градиента температуры.

Электрический ток вызывается также переменным магнитным полем. Изменение магнитного потока создает вихревое электрическое поле, которое и приводит к движению носителей заряда.

Количественно электрический ток характеризуется дифференциальной векторной величиной плотности тока, или в случае тока в проводах интегральной величине силой тока.

Плотность тока определяется как величина заряда, протекающей через единичную площадь за единицу времени. Плотность тока - векторная величина, ее направление определяется направлением потока заряда. Она обозначается латинской буквой j.

Величина

называется силой тока и соответствует количеству заряда (Δq, перемещены через сечение проводника за время Δt. В системе СИ сила тока измеряется в амперах. Соответственно, плотность тока измеряется в A/м².

Если за каждый промежуток времени Δt заряд Δq одинаков и направление тока неизменен, то такой ток называют постоянным.

В случае, когда эти величина переменные, силу тока описывают следующим образом:

,

такой ток называют переменным.

Для классической системы заряженных частиц с зарядом e бесконечно малый заряд dQ, который переносится за время dt через элементарную площадку dS перпендикулярную направлению средней скорости v частиц определяется следующим образом:

,

где e - заряд частиц, v - скорость движения частиц, а n - их количество в единице объема.

Сила тока dI через площадку dS определяется соотношением

согласно которому

- Плотность электрического тока, где черта над символами означает усреднение.

Действие тока

Электрический ток создает магнитное поле, напряженность которого определяется законом Био-Савара. Магнитное поле, созданное током, используется для измерения силы тока.

Прохождение электрического тока через вещество приводит к тепловыделение. В случае проводника с конечным сопротивлением это тепловыделение описуетсья законом Джоуля-Ленца. При прохождении тока через контакт двух проводников тепло может как выделяться, так и поглощаться (эффект Пельтье). Аналогичные эффекта Пельтье явления винакають при прохождении электрического тока через проводник с неравномерным распределением температуры.

Электрический ток в газах вызывает свечение, что является частным случаем електролюменесценции. Аналогичные явления возникают в светодиодах. При прохождении через электролит электричества сопровождается химическими реакциями на электродах, которые могут покрываться слоем металла, выделяющегося из электролита.

Измерение

Сила тока измеряется приборами, которые называют амперметрами и гальванометром. В этих приборах обычно измеряется не сам ток, а механическое действие созданного им магнитного поля.

Электрофорез

Электрофорез (рос.электрофорез, англ. Electrophoresis, нем. Elektrophorese f, Kataphorese f) - движение дисперсных твердых частиц, жидких капель или газовых пузырьков, ионов и т.д. взвешенных в жидком или газообразном среде в электрическом поле постоянного тока под действием электрокинетических сил, возникающих благодаря образованию двойного электрического слоя на границе раздела фаз.

Электрофорез - одно из электрокинетических явлений, на котором базируется, например, улавливания частиц дыма и пыли.

Литература для преподавателя.

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. "Высшая школа", 1999.

2. Эсаулова И.О. Блохина М.Ю., Гонцов Л.Д. Пособие для лабораторных работ по медицинской и биологической физике. М., 1987

3. Ливенцев Н.Н. Курс физики, т.1, М., 1978

Литература для студентов:

- Учебная основная;

Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. "Высшая школа", 1999.

Эсаулова И.О. Блохина М.Ю., Гонцов Л.Д. Пособие для лабораторных работ по медицинской и биологической физике. М., 1987

- Дополнительное

-

Ливенцев Н.Н. Курс физики, т.1, М., 1978