Тепловое действие электрического тока.

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока увеличивается скорость колебаний ионов и атомов и внутренняя энергия проводника увеличивается. Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока. Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле:

А = U·I·t.

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или Q = U·I·t. Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I·R·I·t, т. е. Q=I ·R·t Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени. К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля - Ленца.

Билет 20.

Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул.

Среднее число столкновений < z>:

Для определения представим себе молекулу в виде шарика с определенным диаметром, движущуюся среди других «застывших» молекул. Эта молекула столкнется только с теми молекулами, центры которых находятся на расстояниях, равных или меньших эффективного диаметра молекулы, т е лежат внутри «ломаного» цилиндра такого радиуса.

 

Эффективный диаметр молекулы d – минимальное расстояние, на которое сближаются центры двух молекул при столкновении.

 

Среднее число столкновений за 1 с равно числу молекул в объеме «ломаного» цилиндра: < z> = nV

n – концентрация молекул, V=пd^2< v>, < v> - средняя скорость молекулы или путь, пройденный ею за 1с.

 

Таким образом, среднее число столкновений: < z> = nпd^2< v>

 

Средняя длина свободного пробега молекул:

 

Длина свободного пробега – путь, который проходят молекулы между двумя последовательными столкновениями.

Длина может варьироваться, однако вследствие огромного числа молекул принято брать среднюю длину свободного пробега.

 

< l> = < v> /< z>

 

Средняя длина свободного пробега обратно пропорциональна концентрации молекул, а концентрация пропорциональна давлению:

 

Закон Ома для участка цепи в дифференциальной форме. Удельные сопротивление, проводимость. Плотность тока.

 

Если в закон Ома подставить ρ вместо R, получим ,

где величина, обратная удельному сопротивлению (ρ ) ϒ = 1/ ρ, называется удельной электрической проводимостью вещества проводника. [См/м] См – сименс.

Учитывая, что U/l = E – напряженность поля в проводнике, I/S = j - плотность тока, формулу можно записать в виде j = ϒ E

Так как в изотропном проводнике носители тока в каждой точке движутся в направлении вектора Е, то направления j и Е совпадут.

j = ϒ E – закон Ома в дифференциальной форме, связывающий плотность тока в любой точке внутри проводника с напряженностью электрического поля в этой же точке. Это соотношение справедливо и для переменных полей.

 

Плотность тока j – это векторная физическая величина, показывающая направление электрического тока.

 

 

 

Билет 21

1. Явление диффузии в термодинамически неравновесных системах

В термодинамически неравновесных системах возникают особые необратимые процес­сы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос энергии, массы, импульса. К явлениям переноса относятся теплопроводность (обусловлена переносом энергии), диффузия (обусловлена переносом массы) и внутреннее трение (обусловлено переносом импульса). Для простоты ограничимся одномерными явлениями переноса. Систему отсчета выберем так, чтобы ось х была ориентирована в направлении переноса.

Диффузия. Явление диффузии заключается в том, что происходит самопроиз­вольное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел; диффузия сводится к обмену масс частиц этих тел, возникает и продолжается, пока существует градиент плотности. Во время становления молекулярно-кинетической теории по вопросу диффузии возникли противоречия. Так как молекулы движутся с огромными скоростями, диффузия должна происходить очень быстро. Если же открыть в комнате сосуд с пахучим веществом, то запах распространяется довольно медленно. Однако противоречия здесь нет. Молекулы при атмосферном давлении обладают малой длиной свободного пробега и, сталкиваясь с другими молекулами, в основном «стоят» на месте.

 

Явление диффузии для химически однородного газа подчиняется закону Фука:

jm=-D*dr/dx

 

где jm — плотность потока массы — величина, определяемая массой вещества, диффундирующего в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси х, D — диффузия (коэффициент диффузии), dr/dx — градиент плотности, равный скорости изменения плотности на единицу длины х в направлении нормали к этой площадке. Знак минус показывает, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности (поэтому знаки jm и dr/dx противоположны). Диффузия D численно равна плотности потока массы при градиенте плотности, равном единице. Согласно кинети­ческой теории газов, D=1/3*< v> 8< L>

 

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: