123.Закон Джоуля-Лєнца. Кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом, пропорційна силі струму, напрузі і часу проходження струму через провідник.

,

де I — сила струму, U — падіння напруги, t — час.Закон Джоуля-Ленца справедливий у межах застосовності закону Ома.

124.Паралельне та послідовне з’єднання резисторів.

Вводячи в формулу замість значень 1/Rек, 1/R1, 1/R2 і 1/R3 відповідні провідності Gек, G1, G2 та G3, отримаємо: еквівалентна провідність паралельного кола дорівнює сумі проводимостей паралельно з'єднаних резисторів:

Gек = G1 + G2 + G3

Таким чином, при збільшенні числа паралельно включаються резисторів результуюча провідність електричного кола збільшується, а результуюче опір зменшується.

З наведених формул випливає, що струми розподіляються між паралельними гілками обернено пропорційно їх електричним опорам або прямо пропорційно їх провідність. Наприклад, при трьох гілках

I1: I2: I3 = 1/R1: 1/R2: 1/R3 = G1 + G2 + G3

1) Паралельне з’єднання конденсаторів дозволяє одержати великі ємності: , , .

2) Послідовне з’єднання: , , .  Ця ємність завжди менша мінімальної ємності конденсатора, який входить в батарею. Але при послідовному з'єднанні зменшується загроза пробою конденсаторів, оскільки на кожний конденсатор надходить лише частина різниці потенціалів джерела напруги.

125. Перше правило Кірхгофа

Перший встановлює зв'язок між сумою струмів, спрямованих до вузла електричного з'єднання (додатні струми), і сумою струмів, спрямованих від вузла (від'ємні струми). Згідно з цим законом алгебраїчна сума струмів, що збігаються в будь-якій точці розгалуження провідників, дорівнює нулю:

Перше правило Кірхгофа є наслідком закону збереження заряду. Для неперервно розподілених струмів у просторі воно відповідає рівнянню неперервності. Друге правило Кірхгофа

Для будь-якого замкнутого контура проводів сума електрорушійних сил дорівнює сумі добутків сил струму на кожній ділянці контура на опір ділянки, враховуючи внутрішній опір джерел струму. Математично друге правило Кірхгофа записується так:

Використанняя

Послідовне застосування правил Кірхгофа до усіх вузлів й контурів у складній електротехнічній мережі дозволяє скласти повну систему лінійних рівнянь для визначення сил струму на кожній із ділянок. Для розрахунку перш за все малюють електротехнічну схему й довільним чином позначають стрілками напрями струмів на кожній ділянці. Потім виділяються замкнуті контури й обходяться в одному довільно вибраному напрямку. Якщо стрілка, яка вказує напрям струму направлена проти обходу, то відповідний добуток струму на опір береться зі знаком мінус. Якщо при обході переходять від від'ємного полюса джерела струму до додатного, то е.р.с. записується з додатним знаком, якщо навпаки, то з від'ємним. В результаті отримують систему рівнянь, розв'язуючи яку визначають сили струму. Якщо сила струму вийшла від'ємною, то це значить, що напрям струму на даній ділянці вгадали неправильно , хоча це не впливає на правильність результату.

126. Провідник — матеріал, що проводить тепло або електрику (на противагу діелектрику). Для провідника характерні високі тепло- або електропровідність. Найчастіше провідник є речовиною, яка має багато вільних електронів (метали). Діелектрики, типу скла чи кераміки, мають мало вільних електронів. Вуглець — єдиний неметал, що є (у деяких формах) провідником тепла й електрики. Речовини типу кремнію і германію, електропровідність яких має проміжне значення у порівнянні з провідниками й діелектриками називаються напівпровідниками. Їх електропровідність може змінюватися у широкому діапазоні під впливом тепла, світла і напруги.

Діеле́ктрики — це матеріали, в яких заряди не можуть пересуватися з однієї частини тіла в іншу (зв'язані заряди). Зв'язаними зарядами є заряди, що входять в склад атомів або молекул діелектрика, заряди іонів, в кристалах з іонною ґраткою. На практиці абсолютних діелектриків немає. Розглядання певного тіла як діелектрика залежить від постановки експерименту — якщо заряд, що пройшов через певне тіло малий у порівнянні з зарядами, що пройшли через інше тіло в даному експерименті, то перше тіло можна вважати діелектриком.

Напівпровідни́к — матеріал, електропровідність якого має проміжне значення між провідностями провідника та діелектрика. Відрізняються від провідників сильною залежністю питомої провідності від концентрації домішок, температури і різних видів випромінювання. Основною властивістю цих матеріалів є збільшення електричної провідності з ростом температури.

132.Термоелектричні явища — ряд явищ, які пов'язують між собою електричний струм та потоки тепла в речовинах і контактах між ними. Область фізики які вивчає ці явища називається термоелектрикою. До термоелектричних явищ належать^[1]:

• Ефект Зеебека — виникнення електрорушійної сили в неоднорідно нагрітому провіднику.

• Ефект Пельтьє — нагрівання чи охолодження контакту двох провідників при проходженні через нього електричного струму.

• Ефект Томсона — виділення або поглинання тепла при проходженні електричного струму через неоднорідно нагрітий провідник.

Термоелектричні явища широко використовуються в техніці. Термопари застосовуються для вимірювання температури, а також для прямого перетворення тепла в електрику в тих випадках, коли доцільно уникнути рухомих деталей (наприклад, у космосі). Поглинання тепла при проходженні електричного струму через контакт використовується в холодильниках тощо. Ефект Зеебека — явище виникнення електрорушійної сили між двома контактами різних провідників, які перебувають при різній температурі. Явище виникнення напруги в металевому бруску, кінці якого мали різну температуру, відкрив (випадково) у 1821 р. Томас Зеебек. Ефект Зеебека виникає в колі, яке складається із двох спаяних між собою провідників (термопара). Один із контактів нагрівають, і тоді в колі виникає електричний струм. Різниця потенціалів (електрорушійна сила), яка виникає між контактами, залежить від роду провідників контактів та від різниці температури між контактами. Її можна подати у вигляді загальної формули:

,

де .

Похідна функції f(T)

називається коефіцієнтом термоелектрорушійної сили контакту. Коефіцієнт термоелекторушійної сили контакту можна подати у вигляді різниці двох величин, які характеризують матеріал провідника: ^[1]. Коефіцієнти називають коефіцієнтами Зеебека або коефіцієнтами терморушійної сили речовини. Загалом ці коефіцієнти залежать від температури, й навіть можуть міняти знак при її зміні. Ефект Пельтьє - термоелектричне явище, при якому відбувається виділення або поглинання тепла при проходженні електричного струму в місці контакту (спаю) двох різнорідних провідників. Величина виділяється тепла і його знак залежать від виду контактуючих речовин, напрямку і сили протікає електричного струму:    Q=ПАBIt=(ПB-Пa)It,де   Q-кількість+виділеного+або+поглиненого+тепла;          t+час+протікання+струму;         П - коефіцієнт Пельтьє, який пов'язаний з коефіцієнтом термо-ЕРС α другим співвідношенням Томсона [1] П = αT, де Т - абсолютна температура в K. Ефект відкритий Ж. Пельтьє в 1834 році, суть явища досліджував кількома роками пізніше Ленц, який провів експеримент, в якому він помістив краплю води в поглиблення на стику двох стрижнів з вісмуту і сурми. При пропущенні електричного струму в одному напрямку крапля перетворювалася на лід, при зміні напрямку струму - лід танув, що дозволило встановити, що залежно від напрямку протікає в експерименті струму, крім джоулева тепла виділяється або поглинається додаткове тепло, яке отримало назву тепла Пельтьє. Ефект Пельтьє «обернений» ефекту Зеєбека. Ефект Пельтьє більш помітний у напівпровідників, це властивість використовується в елементах Пельтьє

133. Термоелектронна емісія — явище зумовленого тепловим рухом вильоту електронів за межі речовини.

Термоелектронна емісія суттєва для функціонування вакуумних ламп, в яких електрони випромінюються негативно зарядженим катодом. Для збільшення емісії катод зазвичай підігрівається ниткою розжарення.

Явище термоелектронної емісії було відоме вже наприкінці 18 століття. Основні якісні закономірності встановили В. В. Петров (1812), Т. А. Едісон та ін. В тридцятих роках 20 століття були визначені основні аналітичні залежності цього явища.

При нагріванні металу енергетичний розподіл електронів в зоні провідності змінюється. З'являються електрони з енергією, що перевищує рівень Фермі. Незначна кількість електронів може набути енергію, яка перевищує роботу виходу. Такі електрони можуть вийти за межі металу, в результаті чого виникає емісія електронів. Величина струму термоелектронної емісії залежить від температури катода, роботи виходу та властивостей поверхні (рівняння Річардсона-Дешмана):

,

де: j_e — густина струму емісії;

A - емісійна стала, яка залежить від властивостей випромінювальної поверхні і яка для більшості чистих металів лежить в межах 40-70 А/см²*K²;

T - абсолютна температура катода;

e - основа натуральних логарифмів;

eφ₀ — робота виходу електрона із металу;

k_B — стала Больцмана.

Наведене рівняння справедливе для металів. Для домішкових напівпровідників існує дещо інша залежність, однак кількісний зв'язок величини струму емісії залишається. Подане рівняння демонструє, що величина струму емісії найбільше залежить від температури катода. Однак при збільшенні температури різко зростає швидкість випаровування матеріалу катода і скорочується строк його служби. Тому катод повинен працювати в строго визначеному інтервалі робочих температур. Нижній поріг визначається можливістю отримання бажаної емісії, а верхній — випаровуванням або плавленням матеріалу.

Суттєво впливає на величину струму емісії зовнішнє пришвидшуюче електричне поле, яке діє біля поверхні катода. Це явище отримало назву ефекта Шотткі. На електрон, що виходить із катода, при наявності зовнішнього електричного поля діють дві сили — електричного тяжіння, яка повертає електрон назад, і зовнішнього поля, що пришвидшує електрон у напрямі від поверхні катода. Таким чином, зовнішнє електричне поле зменшує потенційний бар'єр, внаслідок чого знижується робота виходу електронів із катода і збільшується електронна емісія.

Вплив зовнішнього пришвидшуючого поля особливо сильно проявляється у напівпровідникових катодах з поверхневим покриттям оксидами лужноземельних металів. Напівпровідникові катоди мають шершаву поверхню, тому значно зростає напруженість зовнішнього електричного поля біля нерівностей поверхні, що викликає більш інтенсивний ріст струму емісії.