24.Электролиттердің электрөткізгіштігі.

E өріс кернеулігінің әрбір мәніне иондардың бірқалыпты u жылдамдығының өз мәні сәйкес келеді,ол мына шарттан анықталады:

(1)

Мұндағы -ион заряды,k-ион жылдамдығы және ион қозғалысында ортаның қарсылық күші арасындағы пропорционалдық коэффициент.

Сөйтіп,E өріс кернеулігі әсерінен ион тұрақты жылдамдықпен қозғалады:

E (2)

Бұл өрнекті формуласымен салыстырып,қатынасының басқа емес,иондардыңқозғалғыштығы екенін көреміз.Әр таңбалы иондардың шамасы жағынан әр түрлізаряды бола алады,k коэффициенті де түрліше болады.Сондықтан әр түрлі таңбалы иондардыңқозғалғыштығы да әр түрлі.Электролиттегі иондардың қозғалғыштығы өте баяу.

Ион қозғалысы электр тогвн тудырады,оның тығыздығы мынаған тең:

(3)

Мұндағы -бірлік көлемдегі оң иондардың саны,-заряды,ал-оң иондардың қозғалғыштығы,,және-теріс иондардың осыған ұқсас шамалары.

Жақшаның ішінде тұрған шама E-ге тәуелді емес .Сондықтан,электролиттердегі токтың тығыздығы өріс кернеулігіне пропорционал.Егер молекула екі ионға диссоциацияланса,онда ==жәнеБұл жағдайда

(4)

(4) өрнекке сәйкес электролиттің өткізгіштігі төменгі өрнекпен анықталады:

(5)

Бұл өрнекті еріген заттың килограмм-эквивалентіндегі молекулалар санына -шамасына көбейтіп бөлгеннен,мынау шығады:

+(6)

көбейтіндісі F Фарадей заңына тең.қатынасы ерітіндінің бірлік көлеміндегі еріген заттың килограмм-эквивалентінің санын береді,оны еріген заттың эквиваленттік концентрациясы деп атайды.Бұл концентрацияныη әрпімен белгілейік,сонда электролит өткізгіштігінің өрнегін былай жазуға болады:

+(7)

Температураны арттырғанда диссоциация коэффициенті мен иондардың қозғалғыштығы артады.Сондықтан электролиттердің өткізгіштігітемператураның жоғарылауымен артады.

25.Жылулық электр қозғаушы күш. Зеебек. Пальте. Томсон құбылыстары. Егер екі түрлі металдардан тұйық тізбек жасап осы кезде пайда болатын 1 және 2 жапсарларды әртүрлі температурада ұстаса , тізбек бойымен ток жүретіні байқалады, яғни ЭҚК пайда болады.

Сурет

Бұл құбылысты 1821ж Зеебек ашқан . Зеебек құбылысын жоғарыда қарастырылған біркелкі қыздырылмаған металдарда ЭҚК пайда болатындығымен түсіндіріледі. Шынында (25.1) Егер, болса (25.1) интерграл 0-ге тең болмайды,яғни тізбекте Э.ҚК пайда болады.Бұл ЭҚК-ті жылулық ЭҚК деп атайды,2 түрлі металлдардан тұратын тұйық тізбек термол элемент,болмаса термопара деп аталады.Зеебек құбылысын байқалуының негізгі 2 түрлі себебі бар.Біріншісі екі түрлі металдардың Ферми деңгейлерінің бірдей еместігін ж\е олардың температураға тәуелділігі,екіншісі біркелкі қыздырылмаған екі түрлі металдарда пайда болатын потенциалдар айырымдарының алгебралық қосындысының 0-ге тең болмайтындығы.Зеебек құбылысы кезінде пайда болатын ЭҚК анықтайтын (25.1) өрнектегіж\ешамалар ең алдымен металдардың табиғатына ж\е температураға тәуелді.Егер белгілі температуралар аралығындаж\ешамаларды тұрақты деп есептеуге болатын болса,=()()=(),(25.2) мұндағы–меншікті термо ЭҚК деп аталады ж\е жапсарлардағы температуралар айырымы 1-ге тең болған кездегі пайда болатын ЭҚК шамасымен анықталады.ЭҚК-тің бірлігі|=().Көпшілік пар металдар үшіншамасы (-)аралығында жатады.Ал әртүрлі типті жартылай өткізгіштер пары үшіндейін жетуі мүмкін.Себебі екі түрлі (n,p типті) жартылай өткізгіштерж\е-лердің таңбалары әртүрлі болғандықтан : ||=||+||.Жалпы жағдайда термо ЭҚК температураға сызықты емес тіпті таңбасы да өзгеруі мүмкін.Мысалы: темір-мыс тұйық тізбегініңC-да екіншісініңұстаса,термо ЭҚК 0-ге айналады.Зеебек құбылысын температураны өлшеу үшін қолданылады.Температураны өлшеу үшін қолданатын термо элементті термо пара деп атайды.Пельте құбылысы.Пельтье құбылысыЖылу ағынның =kgradT+.Жылу ағынның температурада градиенті жок кезде де бола алатынын көреміз.Сондықтан екі түрлі металдардан құрылған тұйық тізбек арқылы ток жіберсе,тізбек жапсарларында жылу бөлінеді(жұтылады):=-=(-)j=J=ПJ(25.3) ПJ- бірлік уақытта жапсарлардағы бөлінетін жылудың мөлшерін анықтайды.Бұл құбылысты 1834 ж франция ғалымы Пельте ашқан.Тәжірибелер нәтижесінде бөлінетін жылудың шамасы осы жапсар аркылы өтетін зарядтың шамасына тура пропорционал екендігі тағайындалған:= Пq= П*I*t Соңғы формуладан бірлік уақытта бөлінетін жылу үшін (25.3) шығады. П- деген Пельте коэффициенті д.а.Пелтье коэф-ті сан жағынан жапсар арқылы бірлік электрлік заряд өткен кезде онда бөлінетін энергияның шамасымен анықталады.Тізбектегі токтың бағытын өзгерткен кезде Пельте коэф-ті таңбасын өзгертеді,яғни жылу бөлінетін жапсарда жылу жұтылады да, жылу жұтылатын жапсарда жылу бөлінеді.Си жүйеіндегі Пельте коэф-ң бірлігі: |П|===B.Көпшілік пар металдар үшін Пельте коэф-ті ()В аралығында жатады. Пельтье құбылысын пар металдар үшін былай түсіндіруге болады: әртүрлі металдардағы электрондардың орта кинетикалық энергиялары әртүрлі. Сондықтан ток электрондарының орта энергиясы кіші металдан , орта кинетикалық энергиясы үлкен металға қарай бағытталған болса, бұл кезде кері қарай қозғалатын орта кинетикалық энергисы үлкен электрондар екінші металға өткен кезде төменгі энергетикалық деңгейлерге өтуге мүмкіндік алады. Осы кезде электрондар өзінің артық энергиясын торға береді, яғни жапсар қызады. Егер токтың бағыты керсінше болса, орта кинетикалық энергиясы кіші электрондар екінші металға өткенде жоғарғы энергетикалық деңгейлерге өтуге мәжбүр болады. Бұл электрондар жетіспейтін энергияны тордан алады, сондықтан жапсар суыйды. Ал егер тізбек екі түрлі (n,p) жартылай өткізгіштерден тұратын болса, онда ток бағытталған 1 жапсарда n-типті жартылай өткізгіштің электрондарымен p-типті жартылай өткізгіштердің кемтіктері кездесіп бейтараптанады. Бұл кезде бөлінген энергия жапсарды қыздырады.Керсінше, 2 жапсарда электрондар мен кемтіктердің парланып пайда болуы тиіс. Осы үшін керек энергия тор энергиясы есебінен алынады, сондықтан 2 жапсар суыйды. Пальтье құбылысын мұздатқыш машиналар жасау және ғимараттарды, пәтерлерді жылыту үшін қолдануға болады.Томсон құбылысы біркелкі қыздырылмаған өткізгіш арқылы ток жүретін болса, онда қосымша жылу бөлінеді. Бұл құбылысты Томсон құбылысы деп атайды. Егер өткізгіште температура градиенті болмаса, тек Джоуль жылуы ған бөлінер еді. Жылу ағыны бар кезде (gradT) өткізгіште бөлінетін жылу:(25.4) соңғы формулаға өріс кернеулігі мен жылу ағынының өрнектерін қойсақ ,. (25.5) Бұл формуладағы=-Q+-Томсон коэффициенті , бірінші мүше Джоульжылуы , екінші мүше Томсо нқұбылысының нәтижесінде пайда болатын қосымша жылу. Бұл жылу токтың бірінші дәрежесіне пропорционал , сондықтан токтың бағыты өзгерген кезде таңбасын өзгертеді, яғни Томсон жылуының бөлінуі де, жұтылуы да мүмкін. Томсон құбылысын былай түсіндіруге болады. Егер токтың берілген бағытында электрондар өткізгіштің ыстық ұшынан салқын ұшына қарай қозғалатын болса, ыстық электрондар өткізгіштің салқын бөліктеріне ауысады. Төменгі температураға сәйкес келетін тепе-теңдік таралуға өткен кезде электрондар артық энергиясын торға береді, яғни өткізгіште жылу бөлінеді. Ал токтың бағыты керсінше болса, электрондардың жоғарғы температураға сәйкес тепе-теңдік таралуға өтуі тор энергиясының есебінен орындалады, яғни энергия жұтылу процесі жүреді.

26.Джоуль-Ленц заңы. Оның дифференциалдық түрі. Ток жүрген жасалатын қуат.Өткізгіштің бойымен ток жүргенде өткізгіш қызады. Джоуль және Ленц эксперимент жасау жолымен өткізгіштен бөлініп шығатын жылу мөлшері ток жүретін уақытқа, өткізгіштің кедергісіне және ток күшінің квадратына пропорционал болатындығын тапты. . Егер ток күші уақытқа байланысты өзгереді десек онда. Бұл екі формула Джоуль- Ленц заңы деп аталады . R кедергіні Ом , i-ді токты Ампер , t-уақытты секун есебінен алып Q-ді жылу мөлшерін Джоуль есебінен алды. Өткізгіште жылу бөлініп шығуының техникада маңызы зор . Завоттағы электр пештерінің және алуан түрлі қыздырғыш приборлардың қызметі Джоуль-Ленц құбылысына негізделген. Электр лампаларындағы қылдарды қыздыруда өткізгішті токпен қыздыру пайдаланылады. Өткізгіштерді токпен қыздыру арқылы жарық шығармақ болып алғаш талпынған алғаш Ленц болды.заряд U потенциал айырымы арқылы өткен кезде істелетін жұмыс:(26.1)болғандықтан ,(26.2) Сондықтан осы бөлікте ток тасымалданған кезде дамытылған қуат :(26.3) Бұл формула кернеудің түсуіболтын тізбек бөлігінде дамытылатын толық қуатты анықтайды. Егер кернеудің барлық түсуі сыртқы R кедергіде болса,, және бұл кезде осы кедергіде бірлік уақытта бөлінетін жылудың мөлшері қуатпен анықталады, яғни(26.4) Алуақытта бөлінетін жылудың шамасы:(26.5) Соңғы екі формулалар Джоуль-Ленц заңының математикалық өрнектері. Тізбек арқылы ток жүрген кезде активті кедергіде бөлінетін жылудың шамасы токтың квадраты, кедергі және ток жүретін уақыттың көбейтіндісіне тең. Джоуль-Ленц заңын тізбектің белгілі бір нүктесіне қатысты анықталатын физиклық шамалар арқылы жазуға болады. Ол үшін,екенін еске алу керек. СондаОсы теңдіктен тізбектің бірлік көлемінде бірлік уақытта бөлінетін жылудың шамасы:(26.6) Егер тізбектің кез келген нүктесінде изотропты өткізгіш үшін ток тығыздығы мен өріс кернеуліктерінің бағыттас болатынын ескерсек ,Бұл Джоуль-Ленц заңының диффренциалдық түрі.

27.Газ разрядтары.Олардың негізгі түрлері. Газ разряды-электр тогының газ арқылы өтуі. Қалыпты жағдайда еркін заряд тасушылар жок болғандықтан ток өткізбейді. Газдың иондануы-газдың бейтарап молекулалары мен атомдарының иондар мен еркін электрондарға бөлшектенуі. Газ иондауыштардың мүмкін түрлері-газды аз уакыт аралығында өте жоғары температураға дейін қыздыруғв қабілетті заттар. Қысқа толқынды электрмагнитті сәулелер,корпускулдық сәулелер және тағы басқа иондаушылар.Газдың иондану энергиясы-молекуладан(атомнан) электронды жұлып алуға қажетті жұмысқа тең энергия.Газ разрядының сипатын анықтаушы параметрлер-газдың химиялық құрамы,температурасы мен қысымы,электрондардың материалы, кернеу, конфигурациясы мен өлшемдері,газдың тығыздығы. Өзіндік емес газ разряды сыртқы иондауыштардың үздіксіз әсерінен электр тогының газ арқылы өтуі.Өзіндік газ разряды-электродтар арасына берілген кернеу есебінен,яғни электр өрісінің ықпалымен иондарың пайда болып,электр тогыныңгаз арқылы өтуі.Газдық разрядтарды негізінен-солғын разряд,ұшқынды разряд,доғалық разряд,тәж разряд деп бөледі.Плазма өте жоғары дәрежеде иондалған квазибейтарап газ.Газдық разрядты плазма-газ разрядында пайда болатын плазма.1)Солғын разряд ішінде қысымы бірнеше мм сынап бағанасына тең газ бар,ұзындығы жарты метрдей түтіктің қарама-қарсы ұштарында орналасқан электродтарға бірнеше жүздеген вольт кернеу берген кезде пайда болады.2)Егер белгілі бір қашықтықта орналасқан екі шар электродтар алып,олардың арасында кернеу тудырса электродтар арасында тармақталған,бір-бірімен жалғасатын,жарқылдайтын жіңішке жолақтар пайда болады. Тармақталған канал арқылы аз уақытта өзгеріп тұратын күші үлкен ток импульсі өтіп отырады.Осындай разряд ұшқын разряд деп атаймыз.3)Егер түйісіп тұрған екі электродтарды үлкен гальвани батареясына қосқаннан кейін бір-бірінен ақырын алыстата берсе,екі электрод арасына көз қаратпайтын жарықтану пайда болады.Электродтар горизонталь орналасқанда жарық шығарып тұрған газ доға түрінде салбырап тұрады.Осындай разряд доғалық разряд деп аталады.Доғалық разрядты ең бірінші 1802ж. В.В.Петров байқаған.4)Егер екі электродтың біреуін қисықтығы өте үлкен үшкір сым түрінде алса,оның маңында біртекті емес күшті электр өрісі туады.Осы электрод маңында тәжге ұқсас жарқылдайтын жіңішке каналдар пайда болады. Осындай разрядты тәж разряд деп атаймыз.

28.Тәуелді газ разрядының вольт –амперлік сипаттамасы. Тәуелді разряд кезінде бірлік көлемдегі электрондар мен иондардың саны үш түрлі себептің нәтижесінде өзгереді. Бірінші, сыртқы иондаушы көздің әсерінен бірлік көлемде бірлік уақытта пар иондардың пайда болуынан, рекомбинация процесі кезінде бірлік көлемде бірлік уақыттапар иондардың жоғалуынан , үшіншісі, сыртқы өрістің әсерінен бірлік көлемнен бірлік уақытқа электродтарға қарайпар иондар сорылып алынады. Динамикалық тепе-теңдік орныққаннан кейін:теңдігі орындалады. Иондаушы көздің бірлік көлемде бірлік уақытта тудыратынпар иондар саны белгілі болуға тиіс. Рекомбинациалану кезінде жоғалатын пар иондардың саны оң және теріс иондардың динамикалық теп-тең күйдегі консентрацияларының көбейтіндісіне пропорционал болады.мұндағы r-рекомбинациялану коффициенті деп аталады. Бұл шама газдың табиғатына байланысты. Әлсіз өріс кезінде тәуелді газдық разряд Ом заңына бағынады.

29.Плазма.Оның қасиеттері. Плазма дегеніміз-толық немесе ішінара бөлшектеніп ионданған газ. Плазма электрондардан,оң иондардан және нейтрал атомдардан тұрады.Кіші аз көлемдер шегінде оң және теріс зарядталған бөлшектер санының қатаң теңдігі бұзылуы мүмкін.Сондықтан да плазманы квазинейтральды деп атайды. Плазманың иондану дәрежесі -бірлік көлемде иондалған атомдардың плазмадағы барлық атомдар санына қатынасына тең шама.Иондану дәрежесіне қарай плазма шартты түрде әлсіз иондалған,қалыпты иондалған және толық иондалған болып бөлінеді. Изотермдік емес плазма-бөлшектердің жылулық қозғалысының орташа жылдамдықтары әртүрлі термодинамикалық тепе-теңдіксіз плазма.Изотермдік емес плазманың берілген көлемін температураның нақты бір мәнімен сипаттау мүмкін емес. Сондықтан бөлшектің әр түрі өз температурасы болатын квазитепе-тең күйде болады деп жуықтап жорамалдану қабылданған.Сәйкесінше,электрондық температуражәне иондық температурадеген ұғымдар қолданылады.Иондық температураның мәніне қарай плазманы төменгі температуралы және аса жоғары температуралы деп екіге бөлеміз.Плазмадағы зарядты бөлшектердің өзара Кулондық алыстан әсерлесуі арқылы жаңа сапалық ерекше қасиеттерді-заттың төртінші агрегаттық күйі деуімізге болады.Заттың плазмалық күйде болуы үшін өте жоғары температура,аса күшті электрлік және магниттік өріс қажет. Плазма терминін ғылым тіліне американдық ғалым И.Ленгмюр енгізді.Плазманы екі түрге бөлеміз:изотермалық және газ разрядты.Плазманыңмаңызды қасиеттері:1)жоғары электр өткізгіштігіне байланысты сыртқы электр және магнит өрістерімен күшті әсерлеседі. 2)Өздерінің тудырған электр және магнит өрістері арқылы плазма бөлшектері ерекше өзара топтық әсерлесу күйінде болады. 3)Ерекше өзара топтық әсерлесу нәтижесінде плазма аса жоғары серпімді орта дәрежесіне жетеді,яғни әртүрлі тербелістер мен толқындар тез қозады және тез таралады.Мысалы:плазманың Лэнгмюрлік толқындары. 4) Сыртқы магнит өрісінде плазманың табиғаты диамагнетик ортаның сипатына ұқсас болады.5)толық иондалған плазманың меншікті электрлік өткізгіштігі оның тығыздығынан тәуелсіз болады. Меншікті электрлік өткізгіштігі термодинамикалық температураның өсуіне пропорционал және Т≥К температурада плазманы идеал өткізгіш санатына қосуға болады.Плазмада кеңістік зарядының қума тербелістерінің оңай қоздырылуына себеп болады. Мұндай тербелістерді Ленгмюр толқындары дейді. Плазманың электр өткізгіштігі=см/м.