Причини виникнення опору

Електрони провідника невпинно й хаотично рухаються, але у випадку, коли до провідника не прикладена напруга, хаотичний рух електронів в середньому не призводить до переносу заряду — електричний струм дорівнює нулю [1] Електричний струм виникає тоді, коли існує переважний рух електронів у одному напрямку. Така ситуація можлива при наявності електрорушійної сили, енергія якої витрачається на переорієнтацію теплового руху електронів.

Під час свого руху електричні заряди взаємодіють з кристалічною ґраткою: зіштовхуються з атомами ґратки (розсіються). При цьому електрони віддають енергію, отриману від електричного поля джерела е.р.с., ґратці. Атоми, що перебувають в коливальному русі навколо положення рівноваги, збільшують амплітуду коливання. Тобто, енергія електричного поля перетворюється в енергію коливання атомів — в тепло.

25. Правила Кiрхгофа для розгалужених мереж. Потужність і ККД постійного струму.

Зако́н Кірхго́фа (Kirchhoffsches Gesetz n) — назва кількох законів природи, встановлених Густавом Кірхгофом.

1) У хімії: залежність теплового ефекту реакції від температури описується різницею сум теплоємностей продуктів реакції і реактантів, тобто різницею теплоємностей кінцевого й початкового станів системи.

2) У фізиці: випромінювальна здатність ε будь-якого тіла дорівнює його коефіцієнту поглинання при заданих температурі Т і довжині хвилі λ: ε (λ, Т) = α (λ, Т).

3) У електротехніці — так іноді називають правила Кірхгофа — два основних закони електричних кіл.

Перший встановлює(для вузла)зв'язок між сумою струмів, спрямованих до вузла електричного з'єднання (додатні струми), і сумою струмів, спрямованих від вузла (від'ємні струми). Згідно з цим законом алгебрична сума струмів, що збігаються в будь-якій точці розгалуження провідників, дорівнює нулю.

Другий закон Кірхгофа (для контура) встановлює зв'язок між сумою електрорушійних сил і сумою падінь напруги на резисторах замкненого контуру електричного кола. Згідно з цим законом алгебраїчна сума миттєвих значень електрорушійної сили всіх джерел напруги у будь-якому контурі електричного кола дорівнює алгебричній сумі миттєвих значень падінь напруги на всіх резисторах того самого контуру.

26. Робота виходу електрона, електронна, термоелектронна емісія. Контактна різниця потенціалів.

Роботою виходу електрона називають найменшу енергію, що треба затратити для виходу електрона з металу в вакуум. Роботу виходу прийнято позначати я к добуток: де називають потенціалом виходу або поерхневим стрибком потенціалу. Робота виходу електрона є одною з важливіших характеристик речовини. Вона залежить від природи металу, стану його поверхні і може істотно змінюватись внаслідок абсорбції різних атомів або молекул на поверхні. Експериментальні дані показують що робота виходу електрона з металів дорівнює кільком електрон-вольтам.

Термоелектронна емісія — явище зумовленого тепловим рухом вильоту електронів за межі речовини.

Термоелектронна емісія суттєва для функціонування вакуумних ламп, в яких електрони випромінюються негативно зарядженим катодом. Для збільшення емісії катод зазвичай підігрівається ниткою розжарення.

Різниця потенціалів виникає всередині контакту між точками, які лежать зовні металів безпосередньо поблизу поверхонь, що контактують. Тому називають зовнішньою різницю потенціалів. Вона зумовлена різницею орбіт виходу для електрона з статистичних металів і дорівнює різниці потенціалів виходу для першого і другого металів. Крім того між внутрішніми точками металів виникає додаткова різниця потенціалів . Виникненя внутрішньої різниці потенціалів зумовлено неоднаковими концепціями електронів у стичних металах. - енегія Фермі в першому та другому металах при абсолютному 0. Повна контактна різниця буде дорівнювати Ці формули є математичним законом вольти, що показують залежність від хімічної природи та температури статичних металів.

27. Термоелектрорушійна сила. Явище Пельтьє

За законом вольти послідовних контактів, у замкнутому колі, що складається з кількох металів або напівпровідників з однаковою температурою, електричного струму немає. Якщо ж температура в місцях контакту різна, то в колі виникає струм, який називають термоелектричним. Електрорушійну силу, що зумовлює цей струм, називають термоелектрорушійною силою. Явище термоелектрорушійної сили відкрив у 1821р німецький фізик Т.Зєєбек (1770-1831) Для спостереження цього явища досить приєднати до мілівольтметра 2 мідних дроти і замкнути їх залізним дротом. При нагріванні одного зі спаїв у колі виникає термо ЕРС. Якщо цей спай охолодити, а другий спай нагріти – то знак термоЕРС зміниться і стрілка мілівольтметра відхилеться в протилежний бік. Систему двох різних контактуючих металів, металі і напівпровідника або 2х напівпровідників з провідностями різних типів називають термопарою. Електрорушійна сила диференціальної термопари складається з електрорушійних сил обох її сплавів. Електрорушійна сила спаю залежить від природи металів та від температури спаю. Якщо температура більш нагрітого спаю Т₁ а олоднішого Т₂ то терморушійна сила термопари . Термоелектричні властивості пари двох металів при малій різниці температур спаїв характеризується величиню , яку називають коефіцієнтом термо ЕРС.

Термоелектричні властивості мають проявлятися більше в напівпровідниках ніж у металах. Явище термо ЕРС використовується для виміру температур.

28. Електропровідність газів. Несамостійний і самостійний розряди в газах, їх вольт-амперна характеристика.

За нормальних умов гази- діелектрики. Для створення провідності гази потрібно іонізувати. Іонізація – це процес розщеплення молекул газу на іони. Вона може відбуватися при нагріванні та опроміненні молекул газу ультрафіолетовим, рентгенівським та гама променями. Поряд із іонізацією відбувається зворотній процес рекомбінація. Рекомбінація – обєднання йонів діелектричними властивостями. Процес протікання електричного струму в газі називають розрядом. Також поряд з ними є ударна іонізація, коли йони розглядаючись розбивають їх на нові частинки.

Види розрядів:

1. Іскровий- переривчастий розряд газів, який відбувається між електродами при досягненні напруги між ними 30кВТ/с. використовується для запалювання газоповітряних та бензинових сумішей.

2. Дуговий – постійний розряд газів, який відбувається при відносно невеликій напрузі та невеликому струмі. Використовується як джерело світла та дл електрозварювання металу.

3. Тріючий – створюється у містах, при пониженому тиску, супроводжується тьмяним світінням та тлінням.

Використовується в лампах денного світла.

Випромінювання розряду може поглинатися люмінофором, яким покрито внутрішню поверхню колби. Поглинаючи це випромінення ми бачимо, що залежно від хімічного складу отримують холодне нейтральне та тепле світло.

4. Коронний – відбувається біля електродів які мають велику неоднорідність електричного поля. Супроводжується і використовується в електрофільтрах для очищення сажі та в коливальних і других лазерних пристроях, для створення тексту на папері.

При малих зовнішніх електричних полях провідність газів зумовлена зовнішніми джерелами іонізації. Розряд, який виникає в таких умовах, називають несамостійним розрядом.

Розряди, які виникають у сильних електричних полях за рахунок іонізації, що виникає при протіканні струму, називаються самостійними газовими розрядами.

29.

30. Дисоціація молекул в розчинах. Електроліз.

сучасна фізична теорія провідності електролітів може пояснювати складові частинки, які під час розчинення набувають різнойменних зарядів, тобто стають позитивними й негативними іонами. Явище розпаду речовин на різнойменні іони під дією розчинника називають електролітичною дисоціацією. Цей процес можна уявити так: навколо кожного з йонів розчиненої речовини NaCl орієнтуються полярні молекули розчинника (води). Позитивно зарядженні іони натрію притягають негативні плюси дипольних молекул води. При цьому вони відштовхують негативні іони хлору. Процес взаємодії іонів з дипольними молекулами розчинника називають сольватацією. Такий процес послаблює взязки між іонами натрію та хлору. Частинки розчиненої речовини взаємодіють з молекулами розчинника, утворюючи комплекси – сольфати. При зближенні позитивного і негативного іонів вони можуть зєднатись і утворити нейтральну молекулу. Інші нейтральні молекули можуть навпаки дисоціювати на іони. Внаслідок йього встановлюється динамічна рівновага процесів дисоціації і рекомбінації, при якій статистично частка дисоційованих молекул у середньому залишається незмінною у часі.

Для кількісної характеристики вводять коефіціент дисоціації а=n/n₀ Для а – коефіціент буде повним (сильним) а при 0 взагалі не буде (слабкий). Також учений Осфальд довів, що відношення коефіціентів пропорційності що лежать від природи електроліту та динамічної рівноваги називають константою рівноваги абр константою дисоціації.

31. Закони Фарадея. Технічне використання електролізу.

32. Електропровідність металів. Власна і домішкова електропровідність напівпровідників та її температурна залежність.

Електропровідність — здатність речовини проводити електричний струм. Електропровідність виникає в електричному полі. Електропровідність властива усім речовинам, але для того, щоб вона була значною, необхідно, щоб в речовині були вільні заряди.

33. Випрямляюча дія p-n - переходу. Напівпровідникові фотоелементи.

p-n – перехід –це контакт двох домішкових напівпровідників з провідністю різних типів. На властивостях таких переходів грунтується принцип дії численних напівпровідникових приладів., які шароко застосовуються в радіотехніці, електротехніці та електроніці.

34. Явище надпровідності і його фізична природа. Надпровідники 1-го та 2-го типу. Проблема високотемпературної надпровідності.

Надпровідність — квантове явище протікання електричного струму у твердому тілі без втрат. Явище надпровідності було відкрито[1] в 1911 році голландським науковцем Камерлінґ-Оннесом, лауреатом Нобелівської премії 1913 року. Усього за відкриття в області надпровідності було видано п'ять Нобелівських премій з фізики: в 1913, 1972, 1973, 1987 та 2003 роках.

Явище надпровідності існує для низки матеріалів, не обов'язково добрих провідників при звичайних температурах. Перехід до надпровідного стану відбувається при певній температурі, яку називають критичною температурою надпровідного переходу. Надпровідність, проте, може бути зруйнована, якщо помістити зразок у зовнішнє магнітне поле, яке перевищує певне критичне значення. Це критичне магнітне поле зменшується при збільшенні температури.

Явище надпровідності — макроскопічне (видиме) проявлення квантової природи речовини: атомів та електронів. Відомо, що електрони в атомі можуть перебувати тільки у визначених станах, яким відповідають дискретні значення енергії. Таким чином атом може поглинати і випромінювати енергію певними порціями — квантами. Однак, якщо ми перейдемо до макроскопічного тіла, де концентрація електронів перевищує 1022 см-3, то квантовий характер зміни енергії кожного електрону «змазується» великою кількістю таких електронів, що поглинають або випромінюють енергію, і ми бачимо суцільний спектр поглинання або випромінювання енергії макроскопічними тілами.

Надпровідність характеризується абсолютним діамагнетизмом. У магнітному полі в надпровідному матеріалі виникають такі струми, магнітне поле яких повністю компенсує зовнішнє магнітне поле, тобто магнітне поле виштовхується із надпровідника. Завдяки цій властості виникає явище левітації надпровідника над магнітом (або магніта над поверхнею надпровідника), яке отримало назву труна Магомета. Сильне магнітне поле руйнує надпровідність. Проте надпровідники розрізняються за своєю поведінкою у відносно сильних магнітних полях, у залежності від поверхневої енергії границі розділу надпровідної й нормальної фаз. У надпровідників I роду ця поверхнева енергія додатня, й надпровідність руйнується, якщо поле перевищує певний рівень, який називається критичним магнітним полем. У надповідників II роду поверхнева енергія границі розділу нормальної та надпровідної фаз від'ємна, тож магнітне поле, коли його напруженість перевищує певне значення (воно називається першим критичним полем), починає проникати в надпровідник поступово в певних місцях, навколо яких утворюються вихрові струми (див. Абрикосівський вихор). Якщо збільшувати магнітне поле далі, то нормальних областей стає дедалі більше, й при критичному полі надпровідність руйнується повністю. Надпровідники другого роду використовуються для створення надпровідних електромагнітів.

У надпровідниках 1-го типу магнітне поле витіснене на поверхню. Такий надпровідник стає звичним провідником (тобто з опором) коли або зовнішнє магнітне поле набуває критичної індукції Вс, або ж густина струму в ньому перевищить критичне значення Jc. З’ясувалося, що за температур, близьких до абсолютного нуля (від 0 К до 4 К), надпровідність 1-го типу притаманна майже всім металам та багатьом іншим матеріалам. Прикладами є оливо та алюміній.

У надпровідниках 2-го типу за відповідної критичної температури магнітне поле з нижньою критичною індукцією Bc1 не проникає всередину речовини. Зі зростанням індукції магнітне поле починає пронизувати надпровідник у вигляді так званих вихорів, перш ніж з досягненням верхньої критичної індукції Вс2 не втратиться його надпровідність – це і є ВТНП. Приклади: YBa2Cu3O7 (ітрій-барієвомідний оксид) з пороговою температурою 93 К.

Дуже довго її розкравають….

35. Магнітне поле, індукція магнітного поля. Закон Біо-Савара-Лапласа.

Для опису взаємодії електричних зарядів уводять понятння магнітного поля так само, як і для опису електричної взаємодії було введено поняття електричного поля. Кожен рухомий заряд утворює навколо себе магнітне поле. Воно діє на будь який інший рухомий електричний заряд. Період обертання частинки у магнітному полі рівна

B-індукція, q- заряд частинки

Напрям лінії індукції визначався за правилом правого грвита:

- Якщо гвинт обертати так, щоб його поступальний рух збігався з напрямом струму у провіднику, то напрям обертання кінців ручок гвинта вкаже напрям дії індукції.

Індукція магнітного поля – це векторна величина, вона рівна відношенню сили до струму і довжини провідника.

Для визначення магнітного поля в будь якій точці від провідника зі струмом використовують закон Біо-Савара-Лапласа

B= = Магністна стала. відносна магнітна проникність.Вона безмірна і не показує в скільки разів магнітне поле у данному середовищі відрізняється від у вакуумі.

Необхідно замітити те, що магнітна взаємодія не є зміною кулонівської взаємодії (сонце та вихрі) нерухомих зарядів а є тільки доповненням. Це означає що сила повної електромагнітної взаємодії рухомих електричних зарядів є векторною сумою сил кулонівської взаємодії і магнітної взаємодії.

Щодо речовин то їх можна подати на 3 категорії: діамагнетики, парамагнетики, феромагнетики.

Діамагнетики – це речовини, у яких магнітне поле послаблюється. Парамагнетики – це речовини в яких зовнішнє магнітне поле посилюється через орієнтацію атомних полів. Феромагнетики – це речовини які посилюють набагато магнітне поле речовини.

36. Закон Ампера. Сила Лоренца.

Якщо провідник зі струмом розмістити у магнітному полі, то на нього буде діяти сила ампера. Установлений Андре-Марі Ампером в 1820 році. Законом Ампера називається також закон, що визначає силу, з якою магнітне поле діє на малий відрізок провідника із струмом.

F_a=BIl; F=BIl*sin

Напрям дії сили ампера визначається за правилом лівої руки: Якщо розмістити ліву руку так щоб лінії індукції по чотирьюм пальцям на ланію струму, то відігнутий великий палець вкаже силу Ампера. Існує також сила магнітної вазємодії що дорівнює 2*10^-7 на кожний метр довжини провода.

Дослідження закономірностей дії магнітного поля на рухомі електричні заряди показало, що сила яка діє на рухомий електричний заряд з боку магнітного поля, пропорційна заряду на швидкість його руху і залежить від напрямку вектора дії сили. Якщо на частинку з електричним зарядом, який рухається зі швидкісю та певним кутом діє збоку поля сила лоренса що дорівнює:

Сила лоренса не виникає, якщо часинка рухається вздовж ліній індукції магнітного поля.

37. Стан контуру з струмом в магнітному полі. Робота при переміщенні контуру з струмом в магнітному полі.