13.В классической физике свободные электроны в металлах называют электронным газом и в первом приближении считают, что к нему применимы законы, установленные для идеального газа.

Сопротивление проводника прямо про­порционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Величину р, характеризующую зависимость со­противления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением вещества.

Величину,^ обратную удельному сопротивлению, называют удельной проводимостью вещества и обозначают ơ:

Ơ =1/р.

Величину а, характеризующую зависимость изменения удельного сопротивления при нагревании от рода вещества, называют темпе­ратурным коэффициентом сопротивления. Температурный коэф­фициент сопротивления измеряют числом, показывающим, на ка­кую часть своей величины, взятой при О °С, изменяется удельное сопротивление при нагревании на 1 °С.

Зависимость сопротивления металлов от температуры исполь­зуется в термометрах сопротивления.

14. 1. При последовательном соединении сила тока во всех участках цепи одина­кова:

I=I₁=I₂=I₃

2. При последовательном соединении напряжение на внешней цепи равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

U_посл=U₁+U₂+U₃

3. Напряжения на отдельных участках цепи при последователь­ном соединении прямо пропорциональны сопротивлениям участков:

U₁ : U₂ : U₃=R₁ : R₂ : R₃.

4. При последовательном соединении эквивалентное сопротивле­ние всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи:

R_посл = R₁ + R₂ + R₃.

При размыкании цепи у одного из последовательно соединенных потребителей ток исчезает во всей цепи.

15. Все вместе параллельно соединенные проводники составляют разветвление, а каж­дый из них называется ветвью.

1.При параллельном соединении напряжения на отдельных ветвях и на всем разветвлении одинаковы:

U₁=U₂=U₃=U.

2.Ток до и после разветвления равен сумме токов в отдельных ветвях:

I_пар=I₁+I₂+I₃.

3. Токи в отделных ветвях разветвления обратно пропорциональны сопротивлениям этих ветвей:

I₁:I₂:I₃=1/R₁: 1/R_2: 1/R₃

4.Проводимость всего разветвления равно сумме проводимостей отдельных ветвей:

1/R_пар=1/R₁+1/R₂+1/R₃.

Если напряжение между узлами остается постоянным, то токи в ветвях не зависят друг от друга.

16. Источник электрической энергии всегда имеет некоторое сопротивление, тепло. Это сопротивление г назы­вают внутренним сопро­тивлением источника.

Закон Ома для всей цепи: сила тока в электрической цепи с одним источником э. д. с. прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропор­циональна сумме сопротивлений внешней и внутренней цепей.

В свою очеpедь, интегpал

называется электpодвижущей силой (ЭДС) источника.

17. Полную работу тока на участке цепи, которой является потребителем, можно найти по формуле:

A_п=Uq.

Для вычисления работы тока на участке цепи без э. д. с.:

A = U²t/R.

При вычислении работы тока на участке цепи без э. д. с. можно пользоваться любой из формул.

Работа тока, определяющая электрическую энергию, которая затрачивается на тепловое действие в данном участке цепи, выражается формулой:

A_T=I²Rt.

Работа сторонних сил в генераторе, которой оце­нивают полученное в нем количество электрической энергии за счет других видов энергии, находится из соотноше­ния. Так как q=It, получаем:

A=EIt.

Мощность тока на участке цепи измеряют работой тока за единицу времени.

Мощность тока во всей внеш­ней цепи при любом соединении равна сумме мощностей на отдель­ных участках цепи. Мощность тока в подводящих про­водах часто называют потерей мощности.

18. Закон Джоуля — Ленца: количество тепла, выделенного током в проводнике, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока и времени его прохождения.

Количество теплоты, выделенной током в каждом проводнике при последовательном соединении, прямо пропорциональ­но сопротивлению этих проводников.

Количество теплоты, выделенной током в параллельно соединенных участках цепи без э. д. с, обратно пропорционально сопротивле­нию этих участков.

19.Жидкий проводник, в котором подвижными носителями зарядов являются только ионы, называют электролитом.

Пластины – электроды.

Положительный полюс батарее – анод.

Отрицательный – катод.

Прохож­дение электрического тока через электролиты, сопровождающееся химическими превращениями вещества и выделением его на элект­родах, называется электролизом. Сосуд с электродами, в котором находится электролит, называют электролитической ванной.

Положительные ионы в растворе называют катионами (так как при электролизе они идут к катоду), а отрицательные ио­ны — анионами.

Первый закон Фарадея:

Масса вещ-ва, выделяющегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, протекшего через раствор:

m=kq.

Постоянная Фарадея:

F=9,65*10⁴ Кл/моль

Второй закон Фарадея:

Электрохимические эквиваленты различных веществ прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.

20. Электролиз используют для очистки ме­таллов, полученных при выплавке из руды, от посторонних приме­сей. С помощью электролиза получают из расплавленной руды лег­кие металлы, которые реагируют с водой и из растворов в воде не выделяются.

С помощью электролиза производят покрытие металлических предметов тонким слоем другого металла, не окисляющегося на воздухе, что предохраняет предметы от коррозии.

Получение металлических рельефных копий изображений с по­мощью электролиза называют гальванопластикой. Она была изобретена в 1837 г. русским ученым Б. С. Якоби. Таким спо­собом изготовляют клише для печатания денежных знаков, матрицы для печатания книг и газет при большом тираже и т. д.

Этими примерами не исчерпывается применение электролиза в современной технике.

21. Все газы в обычных условиях являются хорошими изолято­рами, однако в ограниченном пространстве газы, в том числе воз­дух, можно сделать проводниками. Для этого нужно искусственно создать в них подвижные носители зарядов, т. е. ионизировать молекулы газа.

Ионизаторами газа могут быть: высокая температура, рентгеновское, ультрафиолетовое, а-излучение и т. д.

Такой ток в газе, значение которого не зависши от напряжения, называют током насыщения.

Химического действия ток в газе не создает и законы Фарадея к нему неприменим.

Разряд в газе, который происходит только при действии посторон­него ионизатора, называют несамостоятельным.

При высокой температуре отрицательного электрода с него про­исходит термоэлектронная эмиссия, создающая значительное число свободных электронов в газе. Далее, положи­тельно заряженные ионы газа притягиваются к отрицательному электроду, и если их кинетическая энергия достаточно велика, то при ударе об электрод они могут выбивать из него электроны. Это явление называют вторичной электронной эмис­сией.

Искровым называют прерывистый разряд в газе, происхо­дящий при высоком напряжении, достаточном для образования лавинного пробоя.

Кистевой и коронный разряды происходят в газе, когда ударная ионизация возникает не во всем пространстве, заня­том полем, а лишь вблизи электродов или проводов, где напряжен­ность поля наиболее высокая.

Полезное применение коронный разряд находит вэлектрофильтрах для очистки топочных газов, загрязняющих воздух мельчайшими частицами золы, и т. д.

При разрежении газа его проводимость должна возрастать.

22. Пол­ный вакуум является идеальным изолятором. Для того чтобы через пространство, в котором создан высокий вакуум, пошел ток, нужно искусственно ввести в это пространство свободные электроны. Это можно сделать с помощью термоэлектронной эмиссии, помещая в вакуум металлическую проволоку, которую можно включать в электрическую цепь.

На управлении движе­нием свободных электронов в вакууме с помощью электрического поля основано устройство электронных ламп, которые по внешнему виду похожи на лампу.

Простейшую электронную лампу с двумя электродами называют двухэлектродной лампой или диодом.

Когда анодная батарея отключена, а катод накален, то свободные электроны, находящиеся внутри лампы, держатся в непосредствен­ной близости от катода и создают отрицательный пространственный заряд, который называют электронным облаком.

Электронные лампы замечательны тем, что они пропускают ток только в одном направлении. Этим обусловлено важнейшее применение диода в технике для выпрямления переменного тока.

Вольт-амперную характеристику диода, снятую при постоянной температуре накала катода, называют анодной харак­теристикой.

23. Изучение электропроводности веществ привело к открытию таких материалов, у которых электропроводность оказа­лась промежуточной между проводниками и диэлектриками (рис. 21.1). Эти вещества назвали полупроводниками. К ним в первую очередь относятся элементы IV группы таблицы Менделее­ва германий и кремний, а также карбид кремния, селен, соеди­нения элементов III группы с элементами V группы и многие дру­гие вещества. Удельное сопротивление полупроводников находится в пределах от 10⁴ до 10^-5 Ом*м.

У полупроводников, как и у диэлектриков, примеси значитель­но уменьшают их сопротивление. Специальным подбором примесей можно изменять сопротивление полупроводников в нужном на­правлении. Поэтому примесные полупроводники имеют широкое применение в современной технике.

Беспримесные полупроводники.

При переходе электрона в свободное состояние в оболочке атома полупроводника остаётся свободное место, которое принято называть дыркой.

Нагревание полупроводника ведет к образованию, или к генерации, пар подвижных носителей зарядов «электрон — дырка».

Если в полупроводнике исчезают сразу два свободных носителя за­рядов, то происходит рекомбинация пары «электрон — дырка».

Проводимость чистых по­лупроводников наполовину дырочная и наполовину электронная. Такую проводимость принято называть собственной про­водимостью полупроводников.

Примесные полупроводники.

Положительно заря­женные атомы мышьяка связаны с решеткой (локализованы) и не могут перемещаться под действием сил внешнего электри­ческого поля, а свободные электроны (по одному от каждого атома примеси) являются подвижными носителями зарядов.

Проводимость такого кристалла будет преимущественно элек­тронной, и ее называют проводимостью n-типа (от «негатив» - отрицательный), а вам кристалл называют полупроводником n-типа. Примесь, создающую в полупроводнике свободные электроны, называют донорной (дающей) или примесью n-типа.

У кристалла германия с примесью атомов III группы проводмимость преимущественно дырочная. Её называют проводимостью p-типа (от «позитив» - положительный). Примесь, создающую такую проводимость, называют акцепторной (принимающей) или примесью p-типа.

Преимущест­венно дырочная или электронная проводимость у примесных полу­проводников сохраняется лишь при температурах ниже той, при которой начинает играть существенную роль собственная прово­димость полупроводника.