26. Законы электрического тока. Законы Кирхгофа.

О сновной закон электродинамики был открыт в 1826 г. немецким физиком Омом. Ом установил,что сила тока в проводнике пропорциональна разности потенциаловj₁ - j₂=U

Если сила тока в проводнике равна I, то за промежуток времени dt через любое сечение проводника проходит заряд dq = Idt, в частности из точки с потенциалом j₁ в точку с потенциалом j₂; совершаемая при этом работа равна dA = dq(j₁ - j₂) = I(j₁ - j₂)dt. Работа, совершаемая в единицу времени, - тепловая мощность тока - равнаW = = I(j₁ - j₂) = IU.

Полное количество тепла, выделяемого за время t при постоянных I и R, равно Q = I ²Rt. При последовательном соединении ток I в цепи одинаков, а количество выделяемого тепла пропорционально сопротивлению проводника. j = sE -закон Ома в дифференциальной форме. Эта формулировка наиболее проста и вместе с тем является наиболее общей. w = sЕ² .(Вт/м³) В данной форме закон Джоуля - Ленца применим к любым проводникам, вне зависимости от их формы и однородности, при постоянных и переменных токах. Первый закон Кирхгофа :в любом узле цепи. - алгебраическая сумма токов равна нулю, при этом втекающие и вытекающие токи имеют противоположные знаки. Первый закон Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда. Второй закон Кирхгофа: в любом замкнутом контуре токов алгебраическая сумма произведений тока на сопротивление равна сумме сторонних ЭДС, приложенных к этому контуру. где I_i – сила тока на i-м участке; R_i – активное сопротивление на i-м участке; E_i – ЭДС источников тока на i-м участке; n – число участков, содержащих активное сопротивление; k – число участков, содержащих источники тока. Сопротивление однородного проводника R = rl/S, Проводимость G проводника и удельная проводимость s вещества G = 1/R, s = 1/r. Сопротивление соединения проводников: последовательного параллельного

2 7. 28. Классическое представление об электропроводности металлов. Экспериментальные данные.Кристаллическая решетка металлов состоит из остовов положительно заряженных ионов, расположенных в узлах решетки, и «свободных» электронов, беспорядочно движущихся в промежутках между ионами, образуя особого рода электронный газ. В отсутствие внешнего электрического поля электроны движутся хаотически. Появление поля вызывает направленное движение электронов вдоль силовых линий поля. Появляется электрический ток. Рассеяние электронов на примесях, дефектах, ионах является причиной возникновения сопротивления и теплового действия электрического тока. Ионы в металлах не участвуют в переносе электричества. (Рикке (1845-1915) в течение года пропускал ток через три поставленных друг на друга цилиндра: медный, алюминиевый и снова медный (рис. 3.3). За год через цилиндры прошло 3,5×10⁶ Кл электричества, но проникновения металлов друг в друга и изменения их массы с точностью до ±0,03 мг не было обнаружено.) Величина силы инерции при торможении равна ma, она уравновешивается полем кулоновских сил еЕ при инерционном смещении электронов.

была определена величина удельного заряда частицы, ответственной за прохождение тока в металлах, выраженную через экспериментально определяемые параметры: Удельный заряд (e/m) в пределах ошибок измерений оказался равным удельному заряду электрона 1,76×10^-11 Кл/кг. Таким образом, свободными носителями заряда, ответственными за появление тока в металлах, являются электроны. С точки зрения классического подхода считается, что электроны представляют в металлах идеальный газ.

32. Гальванические элементыПри погружении металла в электролит наблюдается их взаимная электризация и между ними устанавливается контактная разность потенциалов: металл заряжается отрицательно, жидкость – положительно. Это объясняется электролитической упругостью растворения металлов – способностью металлов переходить в раствор в виде ионов. Электроны, принадлежавшие атомам металла, остаются в исходном металле и сообщают ему отрицательный заряд:

Zn ® Zn²⁺ + 2e^-

(переходит в раствор) (остаются в металле) Вдоль поверхности металлической пластинки образуется двойной электрический слой из электронов и ионов. Переход ионов из металла в раствор продолжается до тех пор, пока между металлом и раствором не возникнет поле, достаточное для того, чтобы воспрепятствовать дальнейшему «растворению» металла. Цинк имеет заметно бóльшую упругость растворения, чем медь, поэтому цинковая пластинка приобретает более сильный отрицательный заряд, чем медная. Электроны с цинковой пластинки переместятся по проволоке на медную. В результате нарушится равновесие в двойном слое цинковой пластинки; часть образующих его ионов цинка устремится в раствор.В описанном гальваническом элементе происходит превращение цинка в сульфат цинка, а медь осаждается из раствора сульфата меди: Zn + CuSO₄ = Cu + ZnSO₄