Вопрос 13 о бобщённый закон Ома, закон Джоуля-Ленца для участка цепи. Правила Кирхгофа.

Вопрос 14 Законы Фарадея для электролиза. Закон Ома для плотности тока в электролите.

Законы Фарадея для электролиза

Электрический ток в электролитах сопровождается явлением электролиза – выделением на электродах составных частей растворенных веществ или других ве-ществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах. Для явления электролиза справедливы два закона Фарадея.

Первый закон Фарадея: масса M вещества, выделившегося на электродах, прямо пропорциональна электрическому заряду Q, прошедшему через электролит.

M=kQ=kIt

где k – электрохимический эквивалент.

Второй закон Фарадея: электрохимический эквивалент вещества k пропорционален отношению молярной массы A ионов этого вещества к их валентности z.

где F = 96486,7 Кл / моль – число Фарадея.

З акон Ома для плотности тока в электролите.

Вопрос 15 Электропроводность газов. Виды газового разряда

В естественном состоянии газы не являются проводниками электрического тока. Для получения электрического тока в газе его необходимо ионизировать, то есть создать в нем носители заряда. При ионизации молекул газа образуются положительно и отрицательно заряженные ионы и свободные электроны. Следовательно, носителями тока в газах являются ионы и электроны. Процесс, обратный ионизации, называется рекомбинацией. При рекомбинации ионы и электроны вновь объединяются, образуя нейтральные молекулы. Постоянный электрический ток в газе возможен лишь тогда, когда процессы ионизации превалируют над процессами рекомбинации. Протекание электрического тока в газе называют газовым разрядом. Различают несамостоятельный и самостоятельный газовые разряды. Для поддержания несамостоятельного газового разряда требуется внешний ионизатор. Внешними ионизаторами могут служить ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, пучки быстрых заряженных частиц, ионизирующие излучения радиоактивных веществ (α- ,β-, γ- лучи); нагрев газа до высокой температуры (термическая ионизация). Самостоятельный газовый разряд поддерживается за счет внутренних процессов ионизации, которые протекают в газе при приложении электрического поля.

Вопрос 16 Границы применимости закона Ома. Плазма.

Границы применимости закона Ома

Согласно закону Ома, сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению, т. е. вольт-амперная характеристика представляет собой линейную функцию и сопротивление R не зависит от U. Если же это не так (закон Ома не выполняется), то вольт-амперная характеристика нелинейная.

Запишем закон Ома в другом виде. Для этого введем величину плотности тока , где S — площадь сечения проводника. Тогда Здесь ρ — удельное сопротивление проводника, величина называется удельной проводимостью, L — длина проводника, — напряженность электрического поля. Закон Ома предполагает линейную связь между плотностью тока j и напряженностью электрического поля Е. Если же проводимость а по какой-то причине зависит от величины электрического поля, то зависимость j от Е становится нелинейной, и закон Ома нарушается.

1. Эта формула называется формулой Друде. Закон Ома справедлив, если ни одна из величин, входящих в формулу Друде, не зависит от Е. Если же концентрация электронов n или время свободного пробега τ, или эффективная масса m^* изменяются под действием электрического поля, то закон Ома нарушается.

2. в полупроводниках в очень сильных полях Е плотность тока увеличивается быстрее, чем по линейному закону. В интервале E_a < E < E_b имеется падающий участок, вызванный уменьшением τ и возрастанием m^* в сильном электрическом поле, и, наконец, в области E > E_b происходит быстрый рост j из-за увеличения n.

3. Эффект Ганна. прикладывая к полупроводнику постоянное напряжение U₀, мы получаем переменный ток частоты напряжение U₀ такое, чтобы оказаться на падающем участке зависимости j(Е).

4. при больших токах возникает достаточно большое магнитное поле внутри проводника. На электрон, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца, искривляющая его траекторию.

5. Диоды, транзисторы. Их специально делают неоднородными

6. Сверхпроводники где R=0

Плазмой называется сильно ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. Различают высокотемпературную плазму, возникающую при сверхвысоких температурах, и газоразрядную плазму, возникающую при газовом разряде. Плазма характеризуется степенью ионизации a — отношением числа ионизованных частиц к полному их числу в единице объема плазмы. В зависимости от величины a говорят о слабо (a составляет доли процента), умеренно (a — несколько процентов) и полностью (a близко к 100%) ионизованной плазме.

Заряженные частицы (электроны, ионы) газоразрядной плазмы, находясь в ускоряющем электрическом поле, обладают различной средней кинетической энергией. Это означает, что температура Тe электронного газа одна, а ионного Tи, — другая, причем Тe>Tи. Несоответствие этих температур указывает на то, что газоразрядная плазма является неравновесной, поэтому она называется также неизотермической. Убыль числа заряженных частиц в процессе рекомбинации в газоразрядной плазме восполняется ударной ионизацией электронами, ускоренными электрическим полем. Прекращение действия электрического поля приводит к исчезновению газоразрядной плазмы.

Высокотемпературная плазма является равновесной, или изотермической, т. е. при определенной температуре убыль числа заряженных частиц восполняется в результате термической ионизации. В такой плазме соблюдается равенство средних кинетических энергий составляющих плазму различных частиц.

Условием существования плазмы является некоторая минимальная плотность заряженных частиц, начиная с которой можно говорить о плазме как таковой. Эта плотность определяется в физике плазмы из неравенства L>>D, где L—линейный размер системы заряженных частиц, D —дебаевский радиус экранирования, представляющий собой то расстояние, на котором происходит экранирование кулоновского поля любого заряда плазмы.

Плазма обладает следующими основными свойствами: высокой степенью ионизации газа, в пределе — полной ионизацией; равенством нулю результирующего пространственного заряда (концентрация положительных и отрицательных частиц в плазме практически одинакова); большой электропроводностью, причем ток в плазме создается в основном электронами, как наиболее подвижными частицами; свечением; сильным взаимодействием с электрическим и магнитным полями; колебаниями электронов в плазме с большой частотой (»108 Гц), вызывающими общее вибрационное состояние плазмы; «коллективным» — одновременным взаимодействием громадного числа частиц (в обычных газах частицы взаимодействуют друг с другом попарно).