19.2. Електрорушійна сила. Сторонні сили. Закон Ома для ділянки кола, що містить ерс. Правила Кірхгофа.

У провіднику зі струмом силами ел. поля виконується робота по переміщенню зарядів. На цю роботу витрачається Е і її потрібно поповнювати, щоб підтримувати струм. Це поповнення Е неможливе за рахунок кулонівських сил, оскільки циркуляція вектора напруженості ел.стат. поля =0. Повинні бути неелектричні сторонні сили, робота яких компенсуватиме втрати Е. Щоб врах. Дію цих сил вводять вектор напруженості поля сторонніх сил(сила, що діє на одиничний заряд). Пристрій, в якому виникають стоонні сили наз. джерелом струму. Роботу сторонніх сил, яка була б виконана при переміщенні одиниці позитивного заряду в напрямі струму вздовж усього кола наз. ЕРС: ε=Е^стdl.

Якщо на ділянці кола діють сторонні сили, то закон Ома для цієї ділянки кола матиме вигляд j=σ(Е+Е^ст) - диф форма узагал. закону Ома. ∫ =∫ Е^стdl +∫ Еdl

= = = іdR. Оскільки ел. коло стаціонарного струму є потенціальним, то ∫ Еdl=φ₁- φ₂. Величина ∫ Е^стdl= ε₁₂ - ЕРС, що діє на ділянці провідника між перерізами 1 і 2.

Отже, іR₁₂= φ₁- φ₂+ ε_12. Якщо коло замкнене (точки 1 і 2 збігаються), то φ₁=φ₂, R₁₂= R_заг. Тоді іR_заг= ε, де ε- алгебраїчна сума всіх ЕРС, що діють в колі, R_заг- загальний опір кола.

Якщо замкнуте коло скл. з джерела із ЕРС і внутрішнього опору r та зовнішнього R, то і= - закон Ома для повного кола.

1-е правило Кірхгофа встановлює взаємозв’язок між струмами в провідниках, що сходяться у вузлі. Вузлом розгалуженого кола наз. точку, в якій сходяться 3 і більше провідників. Струмам, що входять надають один знак, а струмам, що виходять – протилежний. Тоді 1-е правило Кірхгофа можна сформулювати так: алгебраїчна сума усіх сил струмів, що сходяться в будь-якому вузлі розгалуженого кола=0, тобто ∑і=0.

2-е правило Кірхгофа ∑іR +∑іr = ∑ε, тобто у будь-якому простому замкненому контурі, довільно обраному в розгалуженому ел. колі, алгебраїчна сума спадів напруг на опорах відповідних ділянок контуру = алгебраїчній сумі ЕРС, що діють в цьому контурі. Напрям струму вибирають довільно. Обхід контуру здійсн. в одному напрямку (як правило за год. стрілкою). Струм вважають додатнім, якщо його напрям співпадає з напрямом обходу. ЕРС вважають додатніми, якщо їх власний струм збігається з напрямом обходу.

Якщо по ділянці провідника опором R, на кінцях якого напруга U, проходить струм і, то за час dt через переріз цього провідника пройде заряд dq= іdt. За означенням напруга між довільними точками провідника = роботі, що виконується при переносі одиниці заряду між цими точками. При переносі заряду dq виконується робота dА= Udq=Uіdt. Якщо струм постійний, то А=Uіt=і² Rdt. Якщо струм змінний, то А=∫ і² Rdt.

Важливою характеристикою ел. струму є його потужність - робота, що виконується за одиницю часу: Р= А/t=Uі =і² R

19.3. Спектри Гелію. Ортогелій і парагелій. Принцип Паулі.

Аналіз спектра Не показує, що існують дві системи енерг. рівнів його атомів: в одній з них кожний рівень поодинокий, в другій - становить сукупність 3 дуже близьких рівнів.

У нормальному стані головне квантове число атома Не п приймає значення n₁=n₂=1, так що орбітальний момент електронів l₁=l₂=0. Отже, нормальний стан є S-станом (L=0). Спіни 2-ох електронів можуть бути паралельними (S=1, триплетний стан) або антипаралельними (S = 0, синглетний стан). Питання про те, який з цих двох станів відповідає нормальному рівневі, можна розв'язати на основі спектроскопічних даних.

Розглянемо можливі стани атома Не, що отр. з векторної моделі для всіх електронних конфігурацій з n₁=1 і різними значеннями n₂, яке ми позначимо просто n. Оскільки в цьому випадку l₂=0, то сумарний орбітальний момент атома збігається з моментом другого електрона: L = l₂ = l

Для синглетних станів (S=0) повний момент атома = орбітальному, J=L, а для триплетних приймає три значення: J=L±1.

В зв'язку з тим, що синглетні та триплетні стани атома Не не комбінуються між собою, їх приписували колись двом різновидностям Не - парагелію (синглетні стани) та ортогелію (триплетні стани). Хоч ці уявлення про два сорти гелію виявились невірними, терміни «парагелій» та «ортогелій» збереглися.

Крім правила відбору ∆S=0, у спектрі гелію спостерігаються закономірності, що вказують на правила ∆L=±1; ∆J=0,±1

Звернемо увагу на одну дуже важливу обставину. Правила відбору для S, L та J не забороняють таких переходів: ³Р_0,1,2 →³S₁ Однак у спектрі гелію немає жодної лінії, яка б відповідала переходові атома в найнижчий стан ³S₁ з електронною конфігурацією 1s², існування якого передбачається векторною моделлю. Виглядає так, що атом гелію взагалі не може перебувати в стані 1s²³S₁, тобто в стані, в якому всі чотири квантові числа двох електронів є однаковими: n₁=n₂=1, l₁=l₂=0, m_l1=m_l2=0, m_s1=m_s2. Остання рівність випливає з того, що при S=1 спіни обох електронів є паралельними, так що їх проекції на довільний напрям збігаються.

Принцип Паулі у будь-якій системі взаємодіючих частинок у кожному квантовому стані, що характеризується певним набором квантових чисел, може перебувати не більше одного електрона. Оскільки, зокрема, індивідуальні стани електрона в атомі задаються четвіркою, квантових чисел n, l, m_l, m_s (або n, l, j, m_j, принцип Паулі встановлює, що в кожному атомі заданою четвіркою значень вказаних квантових чисел може характеризуватися не більше одного електрона.