59. Джоуль – Ленц заңының дифференциалдық түрі

Кез-келген өткізгіштен ток өткенде қызады, жылу бөлініп шығады.

dQ=I² RdT – Джоуль-Ленц заңы

dt- токтың кеткен уақыты

I=U/R dQ= U²/RdT

Қуат- бірлік уақытында зарядталңан болшек

N=P=dA/dT=E*dq/dt=EI

dq/dt=I

Nтолык=EI=E*E/R+r= E²/R+r – тұйық тізбек үшін

Тізбектің болігі: Q=I²Rt=A_{пайдалы}

Nпайдалы=I²R

Тұйық тізбекке арналған ОМ заңы : I=E/R+r

E- тосын күштердің істейтін кұші, яғни электр қозгаушы куши

E_қ.к=dA/dQ

dA-токтың жұмысы

j=I/dS I=JdS

R=

dQ=j

dQ/dVdt =J^{2 – токтың} меншікті куаты. Бұл Джоуль –Ленц заңының дифференциалдык түрі

60.Металдардағы электр тоғы .Жалпы жағдайда металл электрлік бейтарап,өйткені еркін электрондардың теріс заряды абсолюттік шамасы бойынша тордың оң зарядына тең.

Егер металлды электр өрісіне енгізсе ,онда электр өрісі күштерінің әрекетінен электрондар 10^-14 м/с орташа жылдамдықпен ретті қозғала отырып ,электр тогын тудырады.Өткізгіш ұштарындағы тұрақты кернеуді сақтай отырып,электрондардың белгілі бір бағыттығы тұрақты қозғалысын ,яғни тұрақты тоқты аламыз.Металдардағы еркін электр зарядын тасымалдаушылар электрондар болып табылады.Металдардағы электр тоғы дегеніміз еркін электрондардың бірыңғай реттелген қозғалысы,яғни кристалл торындағы иондармен байланыспаған электрондардың қозғалысы.Бұл қорытынды көптеген тәжірибелердің нәтижесінде электрондық теорияға айналды.Сондай тәжірибелердің бірінде 1901жылы неміс физигі Рикке жасаған тәжірибені айтуға болады.

ІІ.Металдар өткізгіштігінің электрондық теориясының эксперименттік дәлелдемелері Мандельштам мен Папалекси және Стюарт пен Толмен орындаған тәжірибелерде берілген болатын.Тәжірибеніі мақсаты-металдардағы электрондардың инерциялық қозғалысын байқайтын тәсілді табу.

Катушкаға оралған ұзын сым гальванометрге жалғанған.Катушканы тез қозғалысқа келтіріп ,содан соң кенет тежейді.Катушканың тежелуі кезінде гальвонометр қысқа мерзімдік тоқты тіркейді.Бұл тоқтың бағыты теріс зарядталған бөлшектердің,яғни электрондардың қозғалысынан пайда болғанын дәлелдейді.Олар еркін бола тұрып ,металдың кристалдық торының тежелуі кезінде инерциямен қозғалады және электр тоғын тудырады.Тізбектен ток жүрген уақыттағы гальвонометрден өтетін зарядты өлшеу арқылы Стюарт пен Толмен бөлшектер зарядының олардың массасына қатынасын анықтайды.Бұл сан 1,8*10¹¹ Кл/Кг-га тең болып шықты,бұл шама бұған дейін басқа тәжірибелерден табылған электрон зарядының оның массасына қатынасына е/м сәйкес келеді.Сонымен,металдардағы электр тогы еркін электрондардың реттелген қозғалысы екені дәлелденді.

61 .Электролиттердегі электр тогы. Фарадейдің электролиз заңы.

Электр тогы деп электр зарядтарының реттелген қозғалысын айтады.Осындай қозғалыс мүмкін болатын заттар электрдің өткізгіштері болып табылады,ал осы өткізгіштерде пайда болған электр тогы өткізгіш ток деп есептелінеді.Өткізгіште электр тогының болып тұруы үшін біріншіден, орындата алатын электр зарядтарының жəне екіншіден осы зарядтар қозғалысқа келтіруге шығындалатын электр өрісінің болуы қажет.Арнайы қойылған тəжрибелер металдарды электрді тасымалдаушы электрондар (теріс зарядты бөлшектер) екенін көрсетті.Табиғаттағы барлық электрондар бірдей болғандықтан олардың өріс күш əсерінен метал өткізгіш бойымен қозғалыс өткізгіш құрыла ешқандай да өзгертпейді. Мəселен,тəжрибеде алтын мен күміс түйіскен жері арқылы күші 10А токты бірнеше жыл бойы жүргізген металдың ешқандай тасымалданбағандығы байқалады.Электролиттердегі электр тогының металдардан өзгешелігі онда зарядты оң немесе теріс иондар болады жəне ток жүру кезінде электролит зат тасымалданады.Электр тогының сипаттамасына өткізгіштің қимасы арқылы өтетін Δq зарядының осы зарядты көшірудегі Δt уақыт аралығына қатынасы жатады.

I=Δq/Δt

Ι = Бұл шама ток күші деп аталатын болды.Егер Δq/Δt қатынасы уақыттқа байланысты ешқандай өзгермесе онда ток күшін бұл жағдайда Ι = q/t

(1А) тұрақты немесе стационар ток деп атайды.СИ өлшем бірліктерінде ток күші бірлігіне Ампер (А) алынады.Бұл бірлік 1881 жылы француз ғалымы Ампердің құрметіне берілген. Ампердің анықталуы токтың

электромагниттік əсерімен байланысты жəне кейін қарастырылады.1А тұрақты ток кезіндегі өткізгіштің көлденең қимасы арқыл 1сек ішінде 1К заряд өтеді.СГС системасында ток бірлігіне 1сгс q зарядты 1сек ішіндегі ток алынады.

1a= = = СГС

Токтың бағытына ,əдеттегідей оң зарядтың бағыты алынады. Ол бағыт металдардағы электрондардың қозғалу бағытына кері болады.__Фарадейдің бірінші заңы. «Электр тогының электролит ерітіндісі арқылы өькендегі электродта бөлінетін зат массасы электр көлеміне тура пропорционалды болады».∆m=kэQМұндағы ∆m-реакцияға түскен заттың мөлшері; Q- электр мөлшері; kэ- электр мөлшерінің бірлігіне қанша зат әсер еткенін көрсететін пропорционалдық коэффициент.k мөлшері электрохимиялық эквивалент деп аталады. k=M/(Naz|e|) мұндағы z ион валенттілігі; М электродта бөлінген заттың молярлық массасы; Na Авогадро тұрақтысы, |e|=1,6·10-19 Кл.Фарадейдің екінші заңы.

Фарадейдің екінші заңы бойынша, өткен электрдің берілген мөлшерінде реакцияға түскен заттардың массаларының қатынасы олардың химиялық эквиваленттерінің қатынасына тең: ∆m1\A1=∆m2\A22=∆m3\A3=constЭлементтің химиялық эквиваленті сутегінің бір атомдық массасын немесе оттегінің жарты атомдық массасын қосатын немесе алмастыратын химиялық қосылыстарда 1\12 атом массасының C12болатын элемент бөлшегі массасы қатынасына тең. «химиялық эквивалент» түсінігі қосылыстарға қолданылады. Солай, қышқылдың химиялық эквиваленті сан бойынша оның молярлық массасының негізіне бөлінуін айтамыз (сутегі иондарының саны), негіздің химиялық эквиваленті-оның молярлық массасының қышқылдығына бөлінуін (бейорганикалық негіздерде- гидроксильді топтардың санына), тұздың химиялық эквиваленті- оның молярлық массасының катиондар немесе аниондар зарядтарының қосындысына қатынасы болып табылады.

Қалыпты жағдайда газдарда еркiн ток тасушылар (электрондар мен иондар) болмайды.

Газдардың атомадары мен молекулаларына электронның үзiлiп кетуi газдардың иондалуы дейдi. Газдарда электр тогын тасушылар тек газдар иондалғанда ғана пайда болуы мүмкiн. Электронның газ атомдарымен (молекуларымен) соқтығысуынан болатын газдың иондалуын электронды соққыдан иондалу дейдi.

Газдардың иондалу сыртқы әсерленген (сыртқы ионизаторлардан): қатты қыздырудан, әр түрлi сәулеленуден пайда болуы мүмкiн. Электрондардың атомнан бөлiнiп кетуiне қажет минимальдi энергияны иондау энергиясы дейдi. Газдың иондалу үшiн жұлынып кететiн және атомның (молекуланың) қалған бөлiгiнiң арасындағы әсерлесу күшiне қарсы иондалу жұмысын жасау қажет (A_И).

Қарама – қарсы зарядттаған бөлшектердiң қайтадан бейтарап атом (молекула) құрыуын рекомбинация дейдi. Сыртқы ионизаторлар тұрақты болса, ионизациялану мен рекомбинациялану арасында динамикалық тепе – теңдiк қалыпасады. Бұл жағдайда жаңадан құрылған зарядтталған бөлшектердiң саны бейтарап атомға (молекулаға) бiрiккен парлардың санына тең болады.

Газдағы электр ток газ разряды деп аталады.

Сыртқы ионизаторлардан (қатты қыздырудан, әр түрлi сәулеленуден) пайда болатын газдың электр өткiзгiштiгi тәуелдi газ разряды деп аталады.

Электр тогының газдан сыртқы ионизаторларға тәуелсiз өту құбылысы, тәуелсiз газ разряды дейдi. Тәуелсiз разряд болғанда газ атомдар мен молекулардың электрондардың соғуынан болатын иондалуы газдың иондалуының негiзгi механизмi болады. Электрондық соққыдан иондалу электронның еркiң жолының ұзындығы λ болғандағы кинетикалық энергиясы W_k электронның атомнан бөлiнiп кетуiне жұмсаған жұмысына A_и жеткiлiктi, яғни : W_k ≥A_и, немесе

eEλ≥A_и (7.9)

болған жағдайда мүмкiн болады. Мұндағы Е-электрлiк өрiстiң кернеулiгi, λ- электронның еркiң жолының ұзындығы.

Әдетте, атомдар мен молекулалардағы электрондар байласының энергиясы (иондау энергиясы) электронвольтпен (эВ) өрнектеледi. Бiр электронвольт электр өрiсiнiң элементар заряды бар электронды немесе басқа бөлшектi өрiстiң кернеулiгi 1 Вольт болатын екi нүктесiнiң аралығындағы орын ауыстыруына жұмсайтын жұмысқа тең:

Мысалы сутегi атомының иондау энергиясы 13,6 эВ тең, ал оттегi молекуласының иондау энергиясы 12 эВ тең болады.

Егер ток көзiнңғ қуаты тәуелсiз разрядты ұзақ уақытқа жалғастыруға жетпеген жағдайда ұшқынды разряд деп аталатын тәуелсiз разрядтын түрi пайда болады. Найзағай -ұшқынды разрядтың мысалы болады.