Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Работа сторонних сил. ЭДС. Закона Ома для полной цепи.

Рассматриваем проводник, к концам которого приложено напряжение U. За время dt через сечение переносится заряд dq=I*dt.

Работа электрического тока показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.

dA=U*dq=I*U*dt

Если сопротивление проводника R, то по з-ну Ома получим:

Единица измерения работы электрического тока:

[ A ] = 1 Дж = 1A.* B * c

Мощность электрического тока — это отношение произведенной им работы ко времени в течение которого совершена работа.

P=dA/dt=U*I= *R=

Единица мощности электрического тока:

[ P ] = 1 Вт (ватт) = 1 А *B

Дж.Джоуль(1841—1843)и Э.X.Ленц(1842—1843)независимо друг от друга экспери­ментально установили. В электрической цепи происходит преобразование энергии упорядоченного движения заряженных частиц в тепловую. Согласно з-ну сохранения энергии работа тока равна количеству выделившегося тепла: dQ=dA.

Количество теплоты, выделившееся при прохождении электрического тока по проводнику, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого шел ток: dQ= *R*dt; также dQ=I*U*dt=

Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой, ЭДС.

Единица измерения: [ ]=Дж/Кл=В

Представим стороннюю силу , действующую на заряд Q, в виде, =Q*

где векторная величина представляет напряженность поля сторонних сил. Работа же сторонних сил по перемещению заряда на замкнутом участке цепи равна:

Разделив последнее выражение на Q₀ получим выражение для ЭДС, действующей в цепи

Последнее выражение дает самое общее определение ЭДС и пригодно для любых случаев.

Закон Ома для полной(замкнутой) цепи - сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.

Выражается формулой: I = / (R+r),

где I - сила тока; - электродвижущая сила; R - внешнее сопротивление цепи; r - внутреннее сопротивление источника ЭДС.

 

Электрический ток в металлах, вакууме и газах. Вольт-амперная характеристика газового разряда. Самостоятельный газовый разряд и его виды.

Электрический ток в металлах

Рикке пролил свет на природу тока. Он взял три проводника; одинаковых по длине и сечению, но из разных металлов, и соединил их торцами. Он стал пропускать ток по ним (полтора года). В результате оказалось, что никакого переноса вещества не происходит. Значит ионы металлов не участвуют при переносе вещества и переносчиками заряда являются элементарные частицы, общие для всех металлов. Впоследствии установили, что эти частицы электроны.

В металлах всегда присутствуют свободные электроны, которые двигаются беспорядочно, хаотично.

Схема опыта Толмена и Стюарта показана на рисунке1. Катушка с большим числом витков приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки были присоединены к гальванометру Г. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток. Мандельштам и Папалекси впервые провели этот опыт.

Электрический ток в металлах - направленное движение электронов. Электроны в металлах движутся всегда против поля.

Электрический ток в вакууме.

На рисунке 2 - стеклянный баллон без воздуха, амперметр. Ток не идёт, т.к. нет никаких заряженных частиц(носителей заряда).

На рисунке3: Проволоку стали нагревать; дали напряжение, и ток обнаружен. Если знаки поменять, то ток прекращается.

Итак, в вакууме это тоже направленное движение электронов.

Чтобы электрон покинул поверхность металла, надо совершить работу, которая бы способствовала удалению электрона с металла. Эта работа - работа выхода электрона. у всех металлов разная.К=2, 2эВ; Pt=6, 3эВ Работа выхода выражается в электрон-вольтах(эВ): 1 эВ равен работе, совершаемой силами поля при перемещении элементарного электрического заряда при прохождении им разности потенциалов в 1 В.

A=q*( ,

тогда для электрона A=e*( => [A]=Кл*В; 1эВ=1, 6* *1В=1, 6* Дж

Электронная эмиссия - явление испускания электронов с поверхности металла. Чтобы эмиссия наблюдалась электрону надо дать дополнительную энергию: нагреть металл(электроны начинают двигаться быстрее и достигают такой скорости, что вылетают с поверхности) - термоэлектронная эмиссия; фотоэмиссия - поверхность металла облучается с помощью какого-то излучения - света, например(осветить цинковую пластинку, она будет терять электроны); если на какое-то вещество направить поток электронов, то он при соприкосновении с поверхностью, сможет выбить с поверхности вторичные электроны - вторичная электронная эмиссия; можно вызвать эмиссию путем помещения металлов в сильном электрическом поле - Автоэлектронная эмиссия.

Электрический ток в газах.

Воздух является плохим проводником, поэтому тока между пластинами нет. Внесём в пространство между пластинами пламя спиртовой горелки, тогда сразу появится ток. Пламя способствует прогреванию воздуха, некоторые атомы теряют свои электроны. Процесс распада атома на отрицательный электрон и положительный ион - ионизация. Процесс образования нового нейтрального атома из электрона и положительного иона - рекомбинация.

Т.о. ток в газа - направленное движение положительных и отрицательных ионов и электронов.

Вольт-амперная характеристика.

Iнас. - ток насыщения. При увеличении напряжения, растет и скорость ионов и электронов, они успевают дойти до своей платины. Сколько ионизацией электронов и ионов создано, столько и использовано, поэтому ток насыщения.

Если между пластинами поместить вторую спиртовку, то ток снова будет расти, I, и U повысятся. Все частицы, которые движутся постепенно увеличат скорость, они ударяются о молекулы воздуха и происходит ударная ионизация, образуется ещё больше электронов и ионов.

Газовый разряд - эл. ток в газах. Для того чтобы ток в газах имел место, нужен ионизатор. Роль ионизатора - пламя, излучение, нагрев. Разряд газа в отсутствии ионизатора - самостоятельный, а в присутствии - несамостоятельный.

Типы самостоятельного разряда.

1. Тлеющий разряд, он происходит при низком давлении воздуха. Образуется при определенном напряжении - напряжении зажигания.

2. Искровой разряд. Это пробой воздуха. Должно быть большое количество заряда. Например, молния.

3. Коронный разряд - это самостоятельный газовый разряд, возникающий в резко неоднородных полях у электродов с большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Свечение газа, которое возникает около проводников, находящихся под очень высоким напряжением.

4. Дуговой разряд. Самостоятельный газовый разряд, который характеризуется большой силой тока (десятки и сотни ампер) и малым напряжением между электродами (несколько десятков вольт). Можно получить минуя стадию искры - два электрода сводят да соприкосновения, они раскаляются эл. током, потом их разводят и получают дугу. Например, сварка металлов.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: