- •Тема 1. Електричне поле 7
- •1.1. Фізика і її зв’язок з іншими науками і технікою.
- •Тема 2. Постійний струм 27
- •Тема 3. Магнітне поле. Електромагнітна індукція 53
- •3.4. Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної
- •Тема 4. Електромагнітні коливання і хвилі 72
- •4.4. Коло змінного струму з опором, індуктивністю і
- •4.5. Передача і перетворенняя змінного струму.
- •1.1. Фізика і її зв’язок з іншими
- •Основні поняття теорії фізики
- •1.1.3. Фізичні величини та їх вимірювання
- •1.1.4. Фізичні поняття, закони і теорії
- •1.1.5. Зв'язок фізики з іншими науками і технікою
- •1.2.2. Заряд і поле. Поле як вид матерії
- •1.2.3. Взаємодія заряджених тіл. Закон кулона
- •1.2.4. Напруженість електричного поля
- •1.2.5. Графічне відображення електричного поля
- •1.3.2. Теорема остроградського - гаусса
- •1.3.3. Застосування теореми остроградського - гаусса
- •2. Напруженість електричного поля рівномірно зарядженої сферичної поверхні.
- •1.4.2. Потенціал електричного поля. Різниця потенціалів (напруга). Еквіпотенціальні поверхні
- •1.4.3. Різниця потенціалів (напруга). Еквіпотенціальні поверхні
- •1.5.2. Діелектрики в електричному полі. Поляризація діелектриків
- •1.5.3. Особливості деяких діелектриків
- •1.6. Електроємнсь. Конденсатори. З'єднання конденсаторів
- •1.6.1. Електроємність провідника
- •1.6.2. Конденсатори та їх застосування
- •1.6.3. З’єднання конденсаторів
- •Тема 2. Постійний струм
- •2.1. Постійний струм. Опір. Закон ома
- •2.1.1. Електричний струм. Основні характеристики електричного струму
- •2.1.2. Закон ома для ділянки кола. Опір
- •2.1.3. Сторонні сили. Джерело електричного струму
- •2.1.4. Закон ом а для будь-якої ділянки і для повного кола
- •2.2. Правила кірхгофа
- •2.2.1. Розгалуження струму. Правила кірхгофа
- •2.2.2. Вимірювання сили струму. Розширення меж вимірювання амперметра.
- •2.2.3. Вимірювання напруги. Розширення меж вимірювання вольтметра.
- •2.3. Робота і потужність струму. Закон джоуля-ленца
- •2.3.1. Робота постійного електричного струму
- •2.3.2. Потужність постійного електричного струму
- •2.3.3. Теплова дія електричного струму. Закон джоуля - ленца
- •2.4. Електропровідність твердих тіл
- •2.4.1. Електричний струм в металах
- •2.4.2. Залежність опору металів від температури. Надпровдність
- •2.4.3. Поняття про квантову теорію провідності твердих тіл
- •2.5. Електричний струм в напівпровідниках
- •2.5.1. Будова й електричні властивості напівпровідників
- •2.5.2. Власна й домішкова провідність напівпровідників
- •2.5.3. Електронно-дірковий перехід
- •2.6. Термоелектричні і контактні явища
- •2.6.1. Робота виходу
- •2.6.2. Контактна різниця потенціалів. Закони вольта
- •2.6.3. Термоелектричні явища
- •2.7. Електричний струм в рідинах і газах
- •2.7.1. Електричний струм в рідинах
- •2.7.2. Електричний струм в газах
- •2.7.3. Поняття про плазму
- •2.7.4. Термоелектронна емісія
- •Тема 3. Магнітне поле. Електромагнітна індукція
- •3.1. Магнітне поле і його характеристики. Закон ампера
- •3.1.1. Магнітне поле і його характеристики
- •3.1.2. Дія магнітного поля на електричний струм. Сила ампера
- •3.1.3. Магнітне поле постійного електричного струму. Закон біо - савара - лапласа
- •3.1.4. Взаємодія двох прямих струмів
- •3.2. Дія електричного і магнітного полів на рухомий заряд
- •3.2.1. Дія магнітного поля на рухому заряджену частинку. Сила лоренца
- •3.2.2. Рух електрона в однорідному магнітному полі
- •3.2.3. Еффект холла
- •4.3. Магнітні властивості речовин
- •3.3.1. Магнетики 1 їх намагнічування
- •3.3.2. Магнітне поле в магнетиках. Діамагнетики і парамагнетики
- •3.3.3. Феромагнетики та їх властивості
- •3.3.4. Магнітні матеріали I їх застосування
- •3.4. Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції
- •3.4.1. Потік магнітної індукції (магнітний потік)
- •3.4.2. Електромагнітна індукція. Досліди фарадея
- •3.4.3. Закон ленца
- •3.4.4. Основний закон електромагнітної індукції
- •3.5. Самоіндукція. Взаємна індукція. Енергія магнітного поля струму
- •3.5.1. Явище самоіндукції. Індуктивність контуру
- •3.5.2. Явище взаємної індукції
- •3.5.3. Енергія магнітного поля струму.
- •Тема 4. Електромагнітні коливання і хвилі
- •4.1. Вільні електромагнітні коливання
- •4.1.1. Коливальний контур. Власні електричні коливання
- •4.1.2. Затухаючі електричні коливання
- •4.2. Вимушені електромагніні коливання.
- •4.2.1. Вимушені електромагніні коливання
- •4.2.2. Автоколивання
- •4.2.3. Енератор незатухаючих коливань
- •4.3. Змінний струм, його характеристики і добування
- •4.3.1. Змінний електричний струм. Добування змінного струму
- •4.3.2. Діючі значення сили змінного струму і напруги
- •4.3.3. Зсув фаз між струмом 1 напругою
- •4.4. Коло змінного струму з опором, індуктивністю і ємністю. Резонанс
- •4.4.1. Коло змінного струму з опором, індуктивністю і ємністю. Резонанс
- •4.4.2. Електричний резонанс
- •4.4.3. Робота і потужність змінного струму
- •4.5. Передача і перетворенняя змінного струму. Трансформатор. Електричні станції
- •4.5.1. Передача змінного струму
- •4.5.2. Перетворення змінного струму. Трансформатор
- •4.5.3. Електричні станції
- •4.6. Електромагнітні хвилі (частина 1)
- •4.6.1. Досліди г. Герца
- •4.6.2. Винайдення радіо
- •4.6.3. Принципи радіозвязку
- •4.7. Електромагнітні хвилі (частина 2)
- •4.7.1. Інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання
- •4.7.2. Рентгенівське випромінювання
- •4.7.3. Шкала електромагнітних хвиль
- •Про автора
- •18000, М. Черкаси, вул. Смілянська, 2
2.6.3. Термоелектричні явища
Розглянемо два контактних термоелектричних явища - Зеебека і Пельтьє.
1. Зеебек помітив, що коли в колі, складеному з двох різнорідних металів (термопара), контакти мають різну температуру, то в ньому виникає електрорушійна сила. Вона дістала назву термоелектрорушійної сили. Виникнення її пояснюється порушенням термодинамічної рівноваги електронів провідності на контакті двох металів.
Термоелектрорушійна сила прямо пропорційна різниці температур контактів. Проте трапляються випадки, коли залежність термоелектрорушійної сили від температури має складніший характер. Бувають випадки, коли термоелектрорушійна сила спочатку зростає, а потім спадає і може змінити знак на протилежний. Матеріали термопари записують у такій послідовності, щоб у гарячому спаї струм проходив від першого металу до другого. Наприклад, у термопарі мідь - залізо струм у гарячому спаї проходить від міді до заліза; це означає, що мідь позитивна відносно заліза.
Щоб добути постійний струм, треба один спай весь час нагрівати, а другий - охолоджувати. У термоелементі утворена теплова енергія безпосередньо перетворюється в електричну. З точки зору другого принципу термодинаміки електричне поле разом з джерелом теплоти можна розглядати як теплову машину, в якій є нагрівник гарячого спаю з температурою Т1, холодильник - спай з температурою Т2, робоче тіло - електрони провідності.
Явище термоелектрики використовують для вимірювання температур. Один спай термопари вміщують у середовище, температуру якого треба виміряти (наприклад, у горно), а інший - у середовище з відомою температурою. За величиною термо-ЕРС визначають температуру.
Для збільшення чутливості термопар використовують термостовпчики (або термобатареї) - систему послідовно з'єднаних термоелементів. Значно більшу термоелектрорушійну силу дає комбінація металів з напівпровідниками або із самих напівпровідників.
2. Електротермічний ефект Пельтьє в певному розумінні обернений до ефекту Зеебека. Він полягає в тому, що під час пропускання електричного струму через коло, складене з двох різних металів, один спай нагрівається, а другий охолоджується.
Дослід показує, що кількість теплоти Пельтьє пропорційна величині заряду , який переноситься через спай.
, (2.39)
Де П – коефіцієнт Пельтьє
Ефект Пельтьє можна використати для утворення штучного холоду (за рахунок електричної енергії) в холодильних установках.
2.7. Електричний струм в рідинах і газах
План лекції
2.7.1. Електричний струм в рідинах
2.7.2.Електричний струм в газах
2.7.3. Поняття про плазму
2.7.4. Термоелектронна емісія
2.7.1. Електричний струм в рідинах
Деякі рідини дуже погано пропускають електричний струм (дистильована вода, гліцерин, гас тощо). Це пояснюється тим, що в таких рідинах мало носіїв струму - іонів. Іони являють собою атоми або групи атомів, в яких не вистачає або є надлишок електронів порівняно з нейтральними частинками. Якщо в рідині, наприклад у воді, розчинити сіль, кислоту або луг, то вона стає електропровідною. Це пояснюється тим, що під впливом розчинника молекули розчиненої речовини розпадаються (дисоціюють) на різнойменні іони.
У водних розчинах молекули кислот, солей і лугів взаємодіють з молекулами води, які являють собою досить витягнуті диполі. Молекулярні диполі води оточують полярні молекули кислот, солей або лугів і намагаються їх “розірвати” на іони. Після дисоціації молекули розчиненої речовини на іони останні обволікаються дипольними молекулами розчинника. Цей процес називається сольватацією (для води гідратацією). Розчиняючись у воді, молекули кислот розпадаються на позитивні іони водню Н+ і негативні іони кислотного залишку; молекули лугів - на позитивні іони металу і негативні іони гідроксилу ОН-; солі - на позитивні іони металу і негативні іони кислотного залишку.
Вода також дисоціює на Н+ і ОН-, але в незначній кількості: при кімнатній температурі в тонні води дисоційовано близько 1,4 мг.
Поряд з дисоціацією внаслідок теплового руху і стикання різнойменних іонів відбувається і зворотний процес - відновлення нейтральних молекул (молізація або рекомбінація).
Якщо в посудину з електролітом занурити два електроди й приєднати до них джерело струму, то між електродами виникне електричне поле. На хаотичний рух іонів накладається їх напрямлене переміщення: позитивні іони рухаються до катода - катіони, а негативні - до анода - аніони. На електродах іони нейтралізують свої заряди і перетворюються в нейтральні частинки. Проходження електричного струму через електроліт супроводиться явищем електролізу - виділенням на електродах складових частин розчиненої речовини та інших речовин, які виникають внаслідок вторинних хімічних реакцій. Провідники, в яких проходження струму спричинює електроліз, називаються провідниками другого роду, або електролітами.
М. Фарадей експериментально встановив два закони електролізу.
Перший закон: маса речовини, що виділяється на якому-небудь електроді, прямо пропорційна величині заряду q, який переноситься через електроліт:
, (2.40)
де k - електрохімічний еквівалент. Електрохімічний еквівалент чисельно дорівнює масі речовини, яка виділяється в результаті електролізу зарядом 1 Кл.
Другий закон: електрохімічний еквівалент прямо пропорційний хімічному еквіваленту даної речовини:
, (2.41)
де F - число Фарадея; - хімічний еквівалент речовини, безрозмірна величина; А - атомна маса; Z - валентність.
З формул (2.40) і (2.41) дістаємо формулу об'єднаного закону Фарадея:
. (2.42)
Електроліз широко використовують у техніці. У гальваностегії за допомогою електролізу покривають шаром металу різні предмети (сріблення, золочення, хромування, платинування, цинкування), щоб прикрасити їх або запобігти корозії. Для цього анод беруть з того металу, яким хочуть покрити катод; в електроліті повинні бути іони цього самого металу. Наприклад, щоб посріблити предмет, анод беруть із срібла, а як електроліт використовують розчин АgNО3.
У гальванопластиці електроліз використовують для виготовлення металевих відбитків рельєфних предметів (медалей, монет, музейних експонатів) тощо.
В електрометалургії для добування чистих металів використовується електроліз розплавлених солей. Цим способом добувають алюміній, магній, натрій, кальцій тощо.