12)Электрический ток в электролитах. Электролиз. Законы Фарадея.
Электролит – жидкое или твердое вещество, в котором в заметной концентрации присутствуют ионы, обуславливающие прохождение через него электр тока.
Электролиз – совокупность электрохим процессов на электродах, погруженных в электролит, в результате которых вещества в составе электролита выделяются в свободном виде.
Разложение электролита под действием тока показывает, что внутри электролита происходит движение атомов или групп атомов, представляющее собой части молекулы растворенного вещества.
Как было указано выше, молекулы некоторых веществ при растворении распадаются на положительные и отрицательные ионы. До тех пор пока через электролит не проходит ток, ионы, а также молекулы раствора совершают хаотическое тепловое движение. При подаче напряжения на зажимы цепи между электродами, опущенными в электролит, возникает электрическое поле. Под действием поля возникает упорядоченное движение ионов различных знаков в противоположные стороны: положительных — к катоду (К), отрицательных — к аноду (Л). При соприкосновении с катодом положительные ионы получают недостающие им электроны и оседают на катоде в виде нейтральных атомов. Отрицательные ионы, подходя к аноду, отдают ему избыточные электроны и превращаются в нейтральные атомы.
Итак, электрический ток в электролитах представляет собой движение положительных и отрицательных ионов. В отличие от металлических проводников, которые не разлагаются током и называются проводниками первого рода, электролиты называются проводниками второго рода. Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах. Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.
13)Электрический ток в вакууме. Закон Богуславского-Ленгмюра. Электровакуумные приборы. Диод. Триод. Вольтамперные характеристики.
лектрический ток невозможен, т.к. возможное количество ионизированных молекул не может обеспечить электропроводность;
- создать эл.ток в вакууме можно, если использовать источник заряженных частиц;
- действие источника заряженных частиц может быть основано на явлении термоэлектронной эмиссии.
Термоэлектронная эмиссия это испускание электронов твердыми или жидкими телами при их нагревании до температур, соответствующих видимому свечению раскаленного металла. Нагретый металлический электрод непрерывно испускает электроны, образуя вокруг себя электронное облако. В равновесном состоянии число электронов, покинувших электрод, равно числу электронов, возвратившихся на него ( т.к. электрод при потере электронов заряжается положительно). Чем выше температура металла, тем выше плотность электронного облака.
Диод. Термоэлектронная эмиссия используется в различных электронных приборах. Простейший из них — электровакуумный диод. Этот прибор состоит из стеклянного баллона, в котором находятся два электрода: катод и анод. Анод изготовлен из металлической пластины, катод — из тонкой металлической проволоки, свернутой в спираль. Концы спирали укреплены на металлических стержнях, имеющих два вывода для подключения в электрическую цепь. Соединив выводы катода с источником тока, можно вызвать нагревание проволочной спирали катода проходящим током до высокой температуры. Проволочную спираль, нагреваемую электрическим током, называют нитью накала лампы.
Триод. Потоком электронов, движущихся в электронной лампе от катода к аноду, можно управлять с помощью электрических и магнитных полей. Простейшим электровакуумным прибором, в котором осуществляется управление потоком электронов с помощью электрического поля, является триод. Баллон, анод и катод вакуумного триода имеют такую же конструкцию, как и у диода, однако на пути электронов от катода к аноду в триоде располагается третий электрод, называемый сеткой. Обычно сетка — это спираль из нескольких витков тонкой проволоки вокруг катода.
Если на сетку подается положительный потенциал относительно катода (рис. 171), то значительная часть электронов пролетает от катода к аноду, и в цепи анода существует электрический ток. При подаче на сетку отрицательного потенциала относительно катода электрическое поле между сеткой и катодом препятствует движению электронов от катода к аноду (рис. 172), анодный ток убывает. Таким образом, изменяя напряжение между сеткой и катодом, можно регулировать силу тока в цепи анода.
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ -приборы, в к-рых перенос тока осуществляется электронами или ионами, движущимися между электродами через высокий вакуум или газ внутри газонепроницаемой оболочки.
Э. п. разделяются на два больших класса: электронные приборы и ионные приборы .В электронных приборах перенос электрич. заряда в междуэлектродном пространстве обусловливается движением эмитированных катодом свободных электронов в высоком вакууме. В газоразрядных (ионных) приборах в переносе электрич. заряда участвуют как электроны, так и тяжёлые заряж. частицы - ионы, образующиеся при взаимодействии электронов, движущихся в электрич. поле, с атомами газа, заполняющего прибор.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) — график зависимости тока через двухполюсник от напряжения на этом двухполюснике. Вольт-амперная характеристика описывает поведение двухполюсника на постоянном токе. Чаще всего рассматривают ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется коэффициентом нелинейности \beta=\frac{ U}{I}\cdot \frac{dI}{dU}), поскольку для линейных элементов ВАХ представляет собой прямую линию и не представляет особого интереса. Характерные примеры элементов, обладающих существенно нелинейной ВАХ: диод, динистор, стабилитрон. Для трехполюсных элементов (таких, как транзистор, тиристор или ламповый триод) часто строят семейства кривых, являющимися ВАХ для двухполюсника при так или иначе заданных параметрах на третьем выводе элемента. Необходимо отметить, что в реальной схеме, особенно работающей с относительно высокими частотами (близкими к границам рабочего частотного диапазона) для данного устройства реальная зависимость напряжения от времени может пробегать по траекториям, весьма далеким от «идеальной» ВАХ. Чаще всего это связано с емкостью или другими инерционными свойствами элемента.
14)Электрический ток в газах. Правила Кирхгофа для разветвленных электрических цепей. Компенсационый метод измерения ЭДС.Электрическая цепь представляет собой совокупность источников тока, проводников и потребителей электроэнергии. Электрическая цепь чаще всего является разветвленной (сложной) и содержит узлы (рис. 1). Расчет разветвленной электрической цепи заключается в том, чтобы по заданным сопротивлениям участков цепи и ЭДС найти силы токов и напряжения на каждом участке цепи.
Рис. 1
Для расчета разветвленных цепей постоянного тока применяют правила Кирхгофа.
Согласно первому правилу Кирхгофа:
алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю:
где n — число проводников, образующих узел.
При этом токи считаются положительными, если они входят в узел, и отрицательными, если выходят из узла. Для узла, изображенного на рисунке 1, I1 - I2 - I3 = 0.
Согласно второму правилу Кирхгофа:
в любом простом замкнутом контуре, произвольно выбираемом в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков равна алгебраической сумме ЭДС, имеющихся в контуре:
где m — число источников в контуре, n — число сопротивлений в нем.
Если направления токов совпадают с выбранным направлением обхода контура, то силы токов Ik считаются положительными. ЭДС εi считаются положительными, если они создают токи, сонаправленные с направлением обхода контура.
Правила Кирхгофа не выражают никаких новых свойств стационарного электрического поля в проводниках с током по сравнению с законом Ома. Первое из них является следствием закона сохранения электрических зарядов, второе — следствием закона Ома для неоднородного участка цепи. Однако их использование значительно упрощает расчет токов в разветвленных цепях.
Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока выполняется в следующем порядке:
произвольно выбирают направление токов во всех участках цепи:
записывают n - 1 независимых уравнений, согласно первому правилу Кирхгофа, где n — количество узлов в цепи;
выбирают произвольно замкнутые контуры так, чтобы каждый новый контур содержал хотя бы один участок цепи, не входящий в ранее выбранные контуры. Записывают для них второе правило Кирхгофа.
В разветвленной цепи, содержащей n узлов и m участков цепи между соседними узлами, число независимых уравнений, соответствующих правилу контуров, составляет m — n + 1.
На основе правил Кирхгофа составляют систему уравнений, решение которой позволяет найти силы токов в ветвях цепи.
В обычных условиях газ - это диэлектрик, т.е. он 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.