- •1.1.Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Закон Кулона.
- •1.2.Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Напряженность поля точечного заряда и системы точечных зарядов.
- •1.3. Электрический диполь. Поле диполя, дипольный момент.
- •1.4.Поток вектора напряженности.
- •1.5. Напряженность поля равномерно заряженной сферической поверхности. Напряженность поля равномерно заряженной бесконечной прямолинейной нити и цилиндра.
- •1.7. Работа сил электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности. Потенциальность поля.
- •1.9. Электрическое смещение. Поток смещения. Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике.
- •1.11. Классификация диэлектриков. Явление поляризации диэлектриков. Вектор поляризации. Поляризованность – количественная мера поляризации диэлектрика. Диэлектрическая восприимчивость.
- •1.12. Электрическое поле в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость. Электрический диполь во внешнем электростатическом поле. Изотропные и анизотропные диэлектрики. Сегнетоэлектрики.
- •1.13. Проводники. Явление электростатической индукции. Распределение избыточного заряда в заряженном проводнике. Экраны. Заземление.
- •1.14. Электроемкость уединенного проводника. Конденсаторы и их электроемкость. Соединение конденсаторов.
- •1.15. Энергия заряженных тел. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии. Теорема Ирншоу.
- •1.16. Электрический ток. Его характеристики и условия существования. Ток проводимости и конвекционный ток. Сила тока. Источники тока. Плотность тока. Подвижность носителей заряда.
- •1.17. Эдс. Разность потенциалов и напряжение. Сопротивление проводников.
- •1.18. Закон Ома для однородного и неоднородного участков электрической цепи. Закон Ома для полной цепи. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах.
- •1.19. Расчет разветвленных электрических цепей. Правила Кирхгофа.
- •1.21. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Закон Видемана-Франца.
- •1.22. Электрический ток в электролитах (кср).
- •1.24. Электронная эмиссия. Работа выхода электрона из металла. Электрический ток в вакууме. Вольтамперная характеристика вакуумного диода. Формула Богуславского-Ленгмюра и Ричардсона-Дэшмана. (кср)
- •1. Источники магнитного поля. Взаимодействие токов. Магнитные силы
- •2. Закон Био – Савара – Лапласа
- •Взаимодействие параллельных токов. Единица силы тока - Ампер
- •2.3.Действие электрического и магнитного полей на движущийся заряд: сила Лоренца. Эффект Холла.
- •3. Действие электрического и магнитного полей на движущиеся заряды
- •2.5. Закон полного тока и его применение. Теорема Гаусса для магнитного поля.
- •Закон постоянного тока для вектора напряженности
- •2.6. Величины, характеризующие магнитное поле.
- •2.7. Типы магнетиков: диа- и парамагнетики. Соотношения между проявлениями диа- и парамагнитных свойств вещества.
- •2.8. Ферромагнетизм. Точка Кюри. Магнитный гистерезис. Применение ферромагнетиков.
- •2.9. Квантовая природа ферромагнетизма. Механизм намагничивания ферромагнетика.
- •2.10. Явление электромагнитной индукции: эдс индукции. Правило Ленца. Основной закон электромагнитной индукции (закон Фарадея-Ленца).
- •Правило Ленца. Закон Фарадея-Ленца
- •2.11. Явление самоиндукции. Индуктивность. Единица индуктивности. Явление взаимной индукции. Взаимная индуктивность (коэффициент взаимной индукции). Токи при включении и отключении источника.
- •2.12. Энергия магнитного и электромагнитного полей: энергии магнитного поля. Энергия соленоида с током. Объемная плотность энергии. Энергия электромагнитного поля.
- •2.13. Электрический колебательный контур. Свободные колебания в электрическом контуре.
- •2.14. Затухающие электромагнитные колебания. Логарифмический декремент затухания. Волновое сопротивление.
- •2.15. Вынужденные электромагнитные колебания в колебательном контуре.
- •2.16. Переменный электрический ток. Характеристики переменного тока. Мощность тока. (кср)
- •2.17. Токи Фуко. Скин-эффект. Принцип работы электроизмерительных приборов. (кср)
- •2.18. Сдвиг фаз между током и напряжением. Резонанс напряжений. Закон Ома для цепи переменного тока.
- •2.19. «Полуширина» резонансной кривой. Добротность контура.
- •2.20. Вибратор Герца. Излучение электромагнитных волн. Скорость электромагнитной волны. Излучение Черенкова.
- •2.21. Волновое уравнение для электромагнитной волны. Объемная плотность энергии электромагнитного поля. Поток энергии. Вектор Пойнтинга.
- •2.22. Шкала электромагнитных волн. Радиочастотный и оптический диапазон электромагнитных волн.
1.22. Электрический ток в электролитах (кср).
Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.
Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением веществ на электродах. Это явление получило название электролиза.
Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией. Например, хлорид меди CuCl2 диссоциирует в водном растворе на ионы меди и хлора. |
При подключении электродов к источнику тока ионы под действием электрического поля начинают упорядоченное движение: положительные ионы меди движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы хлора – к аноду (рис 1.15.1).
Достигнув катода, ионы меди нейтрализуются избыточными электронами катода и превращаются в нейтральные атомы, оседающие на катоде. Ионы хлора, достигнув анода, отдают по одному электрону. После этого нейтральные атомы хлора соединяются попарно и образуют молекулы хлора Cl2. Хлор выделяется на аноде в виде пузырьков.
Во многих случаях электролиз сопровождается вторичными реакциями продуктов разложения, выделяющихся на электродах, с материалом электродов или растворителей. Примером может служить электролиз водного раствора сульфата меди CuSO4 (медный купорос) в том случае, когда электроды, опущенные в электролит, изготовлены из меди.
Нейтральные атомы меди отлагаются в виде твердого осадка на катоде. Таким путем можно получить химически чистую медь. Ион отдает аноду два электрона и превращается в нейтральный радикал SO4 вступает во вторичную реакцию с медным анодом.
|
Образовавшаяся молекула сульфата меди переходит в раствор.
Таким образом, при прохождении электрического тока через водный раствор сульфата меди происходит растворение медного анода и отложение меди на катоде. Концентрация раствора сульфата меди при этом не изменяется.
|
|
Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М. Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе:
Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:
|
Величину k называют электрохимическим эквивалентом.
Масса выделившегося на электроде вещества равна массе всех ионов, пришедших к электроду:
|
Здесь m0 и q0 – масса и заряд одного иона, – число ионов, пришедших к электроду при прохождении через электролит заряда Q. Таким образом, электрохимический эквивалент k равен отношению массы m0 иона данного вещества к его заряду q0.
Так как заряд иона равен произведению валентности вещества n на элементарный заряд e (q0 = ne), то выражение для электрохимического эквивалента k можно записать в виде
|
Здесь NA – постоянная Авогадро, M = m0NA – молярная масса вещества, F = eNA – постоянная Фарадея.
F = eNA = 96485 Кл / моль. |
Постоянная Фарадея численно равна заряду, который необходимо пропустить через электролит для выделения на электроде одного моля одновалентного вещества.
Закон Фарадея для электролиза приобретает вид:
|
Явление электролиза широко применяется в современном промышленном производстве.
1.23. Электрический ток в газах. Электропроводность газов. Ионизация молекул газов. Несамостоятельный газовый разряд. Ударная ионизация газов. Самостоятельный газовый разряд и его типы. Газоразрядная плазма. (КСР)
В обычных условиях газ - это диэлектрик, т.е. состоит из нейтральных атомов и молекул и не содержит свободных носителей эл.тока.
Газ-проводник - это ионизированный газ. Ионизированный газ обладает электронно-ионной проводимостью.
Воздух является диэлектриком в линиях электропередач, в воздушных конденсаторах, в контактных выключателях.
Воздух является проводником при возникновении молнии, электрической искры, при возникновении сварочной дуги.
Ионизация газа - это распад нейтральных атомов или молекул на положительные ионы и электроны путем отрыва электронов от атомов. Ионизация происходит при нагревании газа или воздействия излучений (УФ, рентген, радиоактивное) и объясняется распадом атомов и молекул при столкновениях на высоких скоростях.
Газовый разряд- это эл.ток в ионизированных газах.Носителями зарядов являются положительные ионы и электроны. Газовый разряд наблюдается в газоразрядных трубках (лампах) при воздействии электрического или магнитного поля.
Рекомбинация заряженных частиц
- газ перестает быть проводником, если ионизация прекращается, это происходит в следствие рекомбинации ( воссоединения противоположно заряженных частиц).
Существует самостоятельный и несамостоятельный газовый разряд.
Несамостоятельный газовый разряд - если действие ионизатора прекратить , то прекратится и разряд.
Когда разряд достигает насыщения - график становится горизонтальным. Здесь электропроводность газа вызвана лишь действием ионизатора.
Самостоятельный газовый разряд - в этом случае газовый разряд продолжается и после прекращения действия внешнего ионизатора за счет ионов и электронов, возникших в результате ударной ионизации ( = ионизации эл. удара); возникает при увеличении разности потенциалов между электродами ( возникает электронная лавина). Несамостоятельный газовый разряд может переходить в самостоятельный газовый разряд при Ua = Uзажигания.
Электрический пробой газа - процесс перехода несамостоятельного газового разряда в самостоятельный.
Самостоятельный газовый разряд бывает 4-х типов:
1. тлеющий - при низких давлениях(до нескольких мм рт.ст.) -наблюдается в газосветных трубках и газовых лазерах. 2. искровой - при нормальном давлении и высокой напряженности электрического поля (молния - сила тока до сотен тысяч ампер). 3. коронный - при нормальном давлении в неоднородном электрическом поле ( на острие ).
4. дуговой - большая плотность тока, малое напряжение между электродами ( температура газа в канале дуги -5000-6000 градусов Цельсия); наблюдается в прожекторах, проекционной киноаппаратуре.
Эти разряды наблюдаются:
тлеющий - в лампах дневного света; искровой - в молниях; коронный - в электрофильтрах, при утечке энергии; дуговой - при сварке, в ртутных лампах.
Плазма- это четвертое агрегатное состояние вещества с высокой степенью ионизации за счет столкновения молекул на большой скорости при высокой температуре; встречается в природе: ионосфера - слабо ионизированная плазма, Солнце - полностью ионизированная плазма; искусственная плазма - в газоразрядных лампах.
Плазма бывает:
Низкотемпературная - при температурах меньше 100 000К; высокотемпературная - при температурах больше 100 000К.
Основные свойства плазмы: - высокая электропроводность - сильное взаимодействие с внешними электрическими и магнитными полями.