32. Закон Джоуля-Ленца. Дифференциальная формулировка закона

Закон Джоуля – Ленца.

Количество теплоты, выделяющееся в единице объема проводника за единицу времени, называется удельной мощностью: , где - плотность тока.

Это соотношение представляет собой закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме:

33. Классическая теория электропроводности. Вывод закона Ома и закона Джоуля-Ленца с помощью классической теории электропроводности.

При включении электрического поля на хаотическое движение электронов накладывается упорядоченное движение (называемое иногда «дрейфовым»), происходящее с некоторой средней скоростью ; возникает направленное движение электронов – электрический ток. Плотность тока определяется по формуле.

Оценки показывают, что при максимально допустимой плотности тока в металлах j = 10⁷ А/м² и концентрации носителей 10²⁸ – 10²⁹м^-3 , . Таким образом, даже при очень больших плотностях тока средняя скорость упорядоченного движения электронов

К выводу закона Ома.

На пути свободного пробега λ максимальная скорость электрона достигнет величины

где τ - время свободного пробега:

Среднее значение скорости упорядоченного движения есть:

Подставив это значение в формулу для плотности тока, будем иметь:

При столкновении с ионом энергия, полученная электроном в электрическом поле , полностью передается иону. Число соударений одного электрона в единицу времени равно , где λ – длина свободного пробега электрона. Общее число столкновений за единицу времени в единице объема равно Тогда количество тепла, выделяющегося в единице объема проводника за единицу времени будет:

34. Опыты Толмена и Стюарта. Электроны как носители тока в металлах. Эффект Холла

Носителями тока в металлах являются свободные электроны, т.е. электроны, слабо связанные с ионами кристаллической решетки металла. Это представление о природе электрического тока в металлах основывается на электронной теории проводимости металлов

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

Эффектом Холла называется явление возникновения Э.Д.С. между боковыми гранями пластинки с током, помещённой в поперечное магнитное поле.

Эффект Холла объясняется действием силы Лоренца на движущиеся в пластине заряженные частицы. Величина этой силы определяется формулой:

,

где e – заряд частицы, – скорость ее движения; – вектор магнитной индукции поля, квадратные скобки означают векторное произведение.

36 Эффект Пельтье и эффект Томсона.

Эффект Пельтье — термоэлектрическое явление, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока в месте контакта (спая) двух разнородных проводников. Величина выделяемого тепла и его знак зависят от вида контактирующих веществ, направления и силы протекающего электрического тока:

Q = ПАBIt = (ПB-ПA)It, где

Q — количество выделенного или поглощённого тепла;

I — сила тока;

t — время протекания тока;

П — коэффициент Пельтье, который связан с коэффициентом термо-ЭДС α вторым соотношением Томсона [1] П = αT, где Т — абсолютная температура в K.

Эффект Томсона — одно из термоэлектрических явлений, заключающееся в том, что в однородном неравномерно нагретом проводнике с постоянным током, дополнительно к теплоте, выделяемой в соответствии с законом Джоуля — Ленца, в объёме проводника будет выделяться или поглощаться дополнительная теплота Томсона в зависимости от направления тока.

где — коэффициент Томсона.