е-Эл.ток - WordPress.com

Мякишев (10кл) стр. 287-330 (Физика, М. «Просвещение» 2004.)
«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК в различных средах»
«I. Электрический ток в металлах » - носители электроны движутся с υ = 10-4м/с . I = U/R - Закон
Ома для участка цепи-R=(ℓ/S) при этом =о(1+αt). (α-температурный коэффициент, для чистых металлов
α ≈ 1/ 273) , а вообще α дают в справочниках R = Ro(1 + α t) ; Rо – сопротивление при t = 0оС, в общем случае
Rt = Rtн + α Rtн (t - t н ) При низких Тк≈ 0.14  20оК - сверхпроводимость (рис.1);
G = 1/R - проводимость ; γ = 1/ -удельная проводимость
« II. Электрический ток в полупроводниках» При 0оК не содержат свободных электронов и являются
диэлектриками (рис.2) . Но! При повышении ТоК возникает проводимость (рис1а). Например, кремний после
ухода электрона образуется "дырка". Дырка может перемещаться. Эта проводимость незначительна. Но! Если
добавить примесь, проводимость . Например, индий In с 3мя валентными электронами образуется как бы
дырка акцепторная примесь. Если добавить донорную примесь, например, мышьяк с 5 ю электронами, здесь
образует "лишние" е - электроны n- тип. Если соединить n и p тип на границе появится потенциальный
барьер.(рис.3)
рис.1
рис1а
рис.2
Используют для выпрямления тока
Так как проводимость полупроводника
зависит от ТоК, то его используют в схемах
измерения ТоК
полупроводниковое
сопротивление
терморезистор
рис.3
Проводимость полупроводника изменяется от
воздействия света аналогично
световой
поток
фотрезистор
Если создать структуру n-p-n (основные носители – электроны, движущиеся от эмиттера к коллектору), получим транзистор.
При подключении UБ на n-p переход эмиттер-база подаётся небольшое прямое напряжение, а на p-n -переход база-коллектор
обратное напряжение UK. При прямом включении напряжения UБЭ свободные электроны из эмиттера диффундируют в базу и
благодаря ее малой толщине почти все достигают коллекторного перехода (IБ<< IЭ). Под действием положительного потенциала
источника UКЭ электроны притягиваются к коллектору, так что через сопротивление Rн протекает сила тока IК≈ IЭ. Небольшая
сила тока через базу вызывает значительную силу тока в нагрузке.
Таким образом, меняя незначительно UВ , можно значительно (в 100 раз, например, "усилить" Uвых= Uн)
«III. Электрический ток в вакууме» обеспечивается электронами, образующимися за счет электронной эмиссии с
поверхности металлов (оксидных покрытий) термоэлектронная эмиссия – за счет нагрева, автоэлектронная – при поле Е ≈ 109 В/м
электроны вырываются с поверхности вещества, обычно с тонкой иглы.
Фотоэлектронная эмиссия – под действием светового излучения вырываются электроны, вторичная эмиссия – вырывается
электронами с поверхности .
Примеры :
вакуумный диод
Электроннолучевая трубка
Упрощенный
вариант электроннолучевой трубки.
Электрон – вольт - внесистемная единица (ЭВ) – энергия, которую
приобретает электрон, проходя разность потенциалов в 1В. 1ЭВ = 1.6
10-19Дж.
«IV.Электрический ток в жидкостях» жидкость может быть проводником (раствор электролитов
– растворы кислот и щелочей), полупроводником (расплавленный селен), диэлектриком
(дистиллированная вода).
Проводники – носители ионы, образующиеся при диссоциации (распаде) молекул
CuSO4  Cu2+ и SO2-4 . Положительные ионы – катионы, отрицательные – анионы.
При прохождении тока по жидкости имеет место выделение вещества на электродах, если отдает
электрон – окислительная реакция, забирает (-) – восстановительная.
Пример : число ионов Ni = ∆q / qoi ; ∆q = I∆t ; если n - валентность атома,
+
то qoi = ne ; масса иона mo = μ /NA ;
СuSO4
количество ионов на электроде : N = I ∆t /ne ;
общая масса вещества m = Nmo = (I ∆t/ne) (μ /NA)
m = (μ /neNA) I ∆t = k I ∆t Закон электролиза Фарадея.
k – электрохимический эквивалент – дается в справочниках.
kМЕДИ = 0.66мг/кл ;
серебро одновалентное k = 1.12мг/кл
«V. Электрический ток в газах» воздух диэлектрик. Но! при воздействии (а) горячего пламени,
(б) рентгеновского излучения,(в) ультрафиолетового излучения ,
(г) радиоактивного ,(д) сильного электрического поля в газе появляются носители : ионы и
электроны и в газах может быть электрический ток – газовый разряд.
Пример :
 несамостоятельный разряд – воздействуем на газ в трубке одним из (а 
д) и приложим u. Когда все
носители,
появившиеся
под
воздействием агента (а  д) будут
вовлечены в I – насыщение.
 Самостоятельный разряд, если увеличить υ скорость основных носителей ↑, и они, сталкиваясь,
ионизируют нейтральные молекулы. Но ! для поддержания этого процесса нужна катодная
эмиссия. Поэтому катод или греют или он сам разогревается под воздействием бомбардировки
положительных ионов, идущих к нему при ↑ и с большой энергией .
Самостоятельные разряды бывают :
А. Тлеющим – низкое давление – доли мм рт.ст. Реклама неон –красный , аргон – сине-зеленый,
ртуть пар – белый.
Б Электрическая дуга – два электрода соединить, а затем раздвинуть температура в дуге до
4000оС (на поверхности солнца 6000оС. Высокая температура – бомбардировка катода
положительными ионами.
В Молния – искровой разряд I ≈ 500000А
«VI. Ток в плазме» четвертое состояние во вселенной 99% при повышении температуры до
106  108 оК вещество в газообразном состоянии частично или полностью ионизируется плазма
сверхпроводник R ≈ 0. Частично ионизированная плазма во всех видах газового разряда
количество в качество. Плазма – магнитогидродинамические генераторы МГД , плазмотроны
для бурения.
«VII . Электрический ток в диэлектриках» это пробой диэлектриков под воздействием внешнего
агента, чаще всего это сильное электрическое поле в сочетании с температурой или другим агентом.
Воздух в обычных условиях – диэлектрик, при нагреве – проводник . На свойства диэлектриков
сильно влияют примеси – к воде добавить соль, и она проводник. К кремнию индия – и он проводник и
т.д.
Сила тока-[Ампер],[А]- это такой электрический ток, который проходя по двум параллельным
бесконечно длинным проводникам ,расположенным на расстоянии в 1м друг от друга, вызывает на
каждом участке длинной в 1м силу взаимодействия 2*10-7 Н
« Электрический ток в разных средах» типовые задачи.
1.Электрическая лампочка накаливания потребляет силу тока I = 0.2А
Диаметр вольфрамового волокна d = 0.02мм, температура волоска при горении лампы
t = 2000оС. Определить напряженность Е электрического поля в волоске.
Удельное сопротивление вольфрама ρо = 5.6∙10-8 Ом∙м, температурный коэффициент
сопротивления α = 4.6∙10-3 К-1
2. При серебрении пластинки через раствор нитрата серебра проходит ток плотностью
j = 2кА/м2 . С какой средней скоростью растет толщина серебряного покрытия пластинки?
Валентность, плотность серебра и относительная молярная масса равны соответственно n =
1, ρ = 1.05∙104 кг/м3 ,μ = 0.108 кг/моль
3. При электролизе раствора HCℓ на аноде выделилось 35г хлора. Сколько водорода
выделится на катоде за это же время ?
4. Из нити накала электрической лампы вылетает 0.25∙1017 электронов в 1сек. Определить
максимальный ток анода в лампе.
5. В радиолампе электроны ускоряются до энергии 50эВ. Найти их скорость у анода лампы.
7. Определить скорость электронов при выходе
потенциалов между анодом и катодом 1000В.
из электронной пушки, при разности
8. Вольфрамовая нить накаливания лампы в рабочем режиме имеет t = 2400оС. В момент
включения t = 20оС. Как изменяется сопротивление и ток при включении. Нарисовать график i
(t). Для вольфрама : ρо= 0.055∙10-6 , α = 0.005 1/град.
9. При прохождении электрического тока по проводнику, электроны передают свой импульс
элементам кристаллической решетки. Почему металлический проводник не испытывает
никаких механических сил в направлении движения электронов ?
10. Выделение вещества на катоде при электролизе осуществляется положительными ионами.
Полный ток в электролите складывается из двух токов : I + и I - ионов, движущихся в
противоположные стороны. Почему же количество вещества, выделяющееся на катоде,
рассчитывается по полному току I = I ++ I - , а не только по току I +?
11. Самостоятельно поставьте задачу по данной теме.
< ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК в различных средах > ФИЗИКА ВОКРУГ НАС
Экспериментальные задания
1.Найти диаметр тонкого провода, располагая школьной тетрадью в клеточку
и карандашом. Определить сечение провода.
2.
Перепишите расположенный ниже текст и заполните
пропуски,
воспользовавшись рисунками: Прибор предназначен для измерения
___________;
Цена деления шкалы прибора_________;
Максимальная погрешность отсчета по шкале прибора………..
Показания прибора___________.
3.В длинном коридоре весит электрическая лампа. Её нужно включать и выключать с двух
концов коридора.
4.Как определить полюса аккумулятора, имея два медных провода и сырую картофелену
5.Как с помощью вольтметра определить, с какой стороны находится источник электрической
энергии в двухпроводной линии.