43.Закон джоуля-ленца, закон видемана-франца и закон ома на основе классической теории электропроводности

Закон Ома. Пусть в металлическом проводнике существует электрическое поле напряженностью Е=const. Со стороны поля заряд е испытывает действие силы F=eE и приобретает ускорение a=F/m=eE/m. Таким образом, во время свободного пробега электроны движутся равноускоренно, приобретая к концу свободного пробега скорость

где — среднее время между двумя последовательными соударениями электрона с ионами решетки.

Классическая теория металлов не учитывает распределения электронов по скоростям, поэтому среднее время свободного пробега определяется средней длиной свободного пробега и средней скоростью движения электронов относительно кристаллической решетки проводника, равной — средняя скорость теплового движения электронов). Было показано, что <v> << <u>, поэтому

Подставив значение в формулу (1), получим

Закон Джоуля – Ленца. К концу свободного пробега электрон под действием поля приобретает дополнительную кинетическую энергию

При соударении электрона с ионом эта энергия полностью передается решетке и идет на увеличение внутренней энергии металла, т. е. на его нагревание.

За единицу времени электрон испытывает с узлами решетки в среднем столкновений: Если n – концентрация электронов, то в единицу времени происходит n столкновений и решетке передается энергия которая идет на нагревание проводника. Подставим все полученные формулы, и получим энергию, передаваемую решетке в единице объема проводника за единицу времени Величина является удельной тепловой мощностью тока. Коэффициент пропорциональности между и Е² есть удельная проводимость .

Зако́н Видема́на — Фра́нца — это физический закон, утверждающий, что для металлов отношение коэффициента теплопроводности (либо тензора теплопроводности)   к удельной электрической проводимости (либо тензору проводимости)   пропорционально температуре:

.

44.Электрический ток в жидкостях и газах. Законы фарадея для электролиза. Ионизация молекул газов. Электрический ток в газах. Газовые разряды. Электропроводность газов. Плазма.

Степень диссоциации

α =	n
	no

где α - степень диссоциации, n - число диссоциировавших на ионы молекул, n_o - общее число молекул растворенного вещества.

Закон разведения Оствальда (для малых концентраций)

	α2	=	const
	1 - α2		n

где α - степень диссоциации, n - число диссоциировавших на ионы молекул

Первый закон Фарадея

m = K I t  где m - масса вещества, выделившегося на одном из электродов, K - электрохимический эквивалент вещества, I - сила тока, t - время

Второй закон Фарадея

K =	M	=	NA mo
	Z F		F Z

где m_o - масса иона, Z - валентность, M - молярная масса, K - электрохимический эквивалент вещества, F - постоянная Фарадея (число Фарадея), N_A - число Авогадро

Число Фарадея

F = N_A e = 9,64845 * 10⁴ Кл/моль  где e - заряд электрона, N_A - число Авогадро

В газах существуют несамостоятельные и самостоятельные электрические разряды.

Явление протекания электрического тока через газ, наблюдаемое только при условии какого-либо внешнего воздействия на газ, называется несамостоятельным электрическим разрядом. Процесс отрыва электрона от атома называется ионизацией атома. Минимальная энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, называется энергией ионизации. Частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов одинаковы, называется плазмой.

Носителями электрического тока при несамостоятельном разряде являются положительные ионы и отрицательные электроны

Газы при небольших значениях напряженности электрического поля обладают очень малой проводимостью. Ток в газах может возникнуть только при наличии в них ионов или свободных электронов. Ионизация нейтральных молекул газа возникает либо под действием внешних факторов, либо вследствие соударений ионизированных частиц самого газа, ускоренных электрическим полем, с молекулами газа (ударная ионизация).

Внешними факторами, вызывающими ионизацию газа, являются рентгеновские, ультрафиолетовые и космические лучи, радиоактивное излучение, а также термическое воздействие (сильный нагрев газа).

Одновременно с процессом ионизации, при котором происходит образование положительных и отрицательных ионов или электронов, часть положительных ионов, соединяясь с отрицательными частицами, образует нейтральные молекулы. Этот процесс называют рекомбинацией.

Наличие рекомбинации препятствует безграничному росту числа ионов в газе и объясняет установление определенной концентрации ионов спустя короткое время после начала действия внешнего ионизатора.

Га́зовый разря́д — совокупность процессов, возникающих при протекании электрического тока через вещество, находящееся в газообразном состоянии. Обычно протекание тока становится возможным только после достаточной ионизации газа и образования плазмы. Ионизация происходит за счёт столкновений электронов, ускорившихся в электромагнитном поле, с атомами газа. При этом возникает лавинное увеличение числа заряженных частиц, поскольку в процессе ионизации образуются новые электроны, которые тоже после ускорения начинают участвовать в соударениях с атомами, вызывая их ионизацию. Для возникновения и поддержания газового разряда требуется существование электрического поля, так как плазма может существовать только если электроны приобретают во внешнем поле энергию, достаточную для ионизации атомов, и количество образованных ионов превышает число рекомбинировавших ионов.