- •Введение
- •Общие методические рекомендации к практическим занятиям
- •Модуль 1. Электростатика. Постоянный электрический ток
- •1.1. Занятие 1. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Теорема Остроградского-Гаусса. Потенциал электростатического поля
- •Вопросы для ответа у доски
- •Примеры решения задач
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Вопросы для ответа у доски:
- •Примеры решения задач.
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Вопросы для ответа у доски:
- •Примеры решения задач
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •1.4. Занятие 4. Электрический ток в металлах, жидкостях и газах
- •Вопросы для ответа у доски
- •Примеры решения задач
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •1.5. Теоретические вопросы к модулю 1
- •1.6. Примерные варианты контроля знаний по модулю 1 Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •1.7. Тестовые задания к модулю 1
- •II. Модуль 2. Электромагнетизм
- •Вопросы для ответа у доски
- •Примеры решения задач
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •2.2. Занятие 6. Магнитный поток. Электромагнитная индукция. Энергия магнитного поля
- •Вопросы для ответа у доски
- •Примеры решения задач
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •2.3. Теоретические вопросы к модулю 2
- •2.4. Примерные варианты контроля знаний по модулю 2 Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •2.5. Тестовые задания к модулю 2
- •III. Модуль 3. Электромагнитные колебания и волны
- •3.1. Занятие 7. Переменный электрический ток
- •Вопросы для ответа у доски
- •Примеры решения задач
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •3.2. Занятие 8. Электромагнитные колебания и волны
- •Вопросы для ответа у доски
- •Примеры решения задач
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •3.3. Занятие 9. Уравнения Максвелла. Ток смещения
- •Вопросы для ответа у доски
- •Примеры решения задач
- •Вопросы для самопроверки
- •Задачи для самостоятельного решения
- •3.4. Теоретические вопросы к модулю 3
- •3.5. Примерные варианты контроля знаний по модулю 3 Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •3.6. Тестовые задания к модулю 3
- •Приложение 1
- •Литература
- •Для заметок
- •302028, Орел, бульвар Победы, 19
1.4. Занятие 4. Электрический ток в металлах, жидкостях и газах
Краткие теоретические сведения
Основные понятия
Закон Ома в дифференциальной форме (плотность электрического тока в металлах):
,
где - удельная проводимость металла; - напряженность электрического поля.
Плотность тока , средняя скорость упорядоченного движения носителей заряда и их концентрация связаны соотношением:
Удельная электрическая проводимость:
где и - заряд и масса электрона; - концентрация электронов; - средняя длина их свободного пробега; - средняя скорость хаотического движения электронов.
Средняя скорость направленного движения электронов:
Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме:
где - объемная плотность тепловой мощности.
Закон Видемана-Франца:
где - теплопроводность.
Работа выхода электронов из металла:
где - разность потенциалов, поверхностный скачок потенциала.
Плотность тока насыщения при термоэлектронной эмиссии:
где - работа выхода электронов из катода, - температура катода, - эмиссионная постоянная, - постоянная Больцмана.
Контактная разность потенциалов на границе двух металлов с концентрацией свободных электронов и :
где и - работы выходов свободного электрона из металлов.
Термоэлектродвижущая сила, возникающая в термопаре:
где - удельная термо-ЭДС; ( ) – разность температур спаев термопары.
Законы электролиза Фарадея:
первый закон
где - масса вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит электрического заряда ; - электрохимический эквивалент вещества;
второй закон
где - постоянная Фарадея ( 96500 Кл/моль); - молярная масса ионов данного вещества; - валентность ионов;
объединенный закон
где - сила тока, проходящего через электролит; - время, в течение которого шел ток.
Подвижность ионов:
где - средняя скорость упорядоченного движения ионов; - напряженность электрического поля.
Закон Ома в дифференциальной форме для электролитов и газов при самостоятельном разряде в области, далекой от насыщения:
где - заряд иона; - концентрация ионов; и - подвижности соответственно положительных и отрицательных ионов.
Плотность тока насыщения:
где - число пар ионов, создаваемых ионизатором в единице объема в единицу времени; - расстояние между электродами;
где - число пар ионов, создаваемых ионизатором за время в пространстве между электродами; - объем этого пространства.
Число ионов, рекомбинирующих за единицу времени в единице объема газа:
где - коэффициент рекомбинации.
Вопросы для ответа у доски
Закон Ома в классической электронной теории.
Получите формулу для плотности тока. Запишите и проанализируйте выражение для удельной электропроводности.
Закон Видемана-Франца.
Термоэлектродвижущая сила.
Покажите, что при разных температурах контактов возникает ЭДС. Выясните, от чего она зависит. Использование термоэлементов.
Электролитическая диссоциация.
Носители тока в жидкостях. Описание процессов диссоциации и рекомбинации. Коэффициент диссоциации и его зависимость от концентрации раствора.
Электропроводность электролитов.
Рассмотрите понятие подвижности ионов. Получите закон Ома для электролитов (формула для плотности тока). Электропроводность электролита и ее зависимость от температуры.
Несамостоятельный газовый разряд.
Ионизация газов и ионизаторы. Интенсивность ионизации. Получите формулу связи между плотностью тока, концентрацией ионов и интенсивностью ионизации. Рассмотрите предельные случаи слабого и сильного полей. Переменное сопротивление газового промежутка.