Контрольные вопросы

1. Что называется электрическим током? Назовите условия существования тока.

2. Какие силы называются сторонними? Что представляет собой источник тока?

3. Что такое ЭДС источника? В каких единицах измеряется ЭДС?

4. Что называется напряжением на участке электрической цепи?

5. Запишите закон Ома для участка цепи, содержащей ЭДС, и для замкнутой цепи.

6. Поясните правило знаков при применении закона Ома для участка цепи, содержащей ЭДС.

7. Почему вольтметром нельзя измерить ЭДС?

8. В чем состоит сущность метода компенсации?

9. Получите расчетную формулу (3.12).

Лабораторная работа 4. Определение удельной термоэлектродвижущей силы термопары

Цель работы: определить удельную электродвижущую силу термопары.

Приборы и принадлежности: термопара, гальванометр, термостат, термометры.

Изучите теоретический материал по одному из учебных пособий: [2, гл. X§ 10.1–10.2; 3, гл.V§ 22; 4, гл.II§ 17].

При тесном соприкосновении двух разнородных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов. Важно понять причины возникновения ее.

Одной из таких причин является неодинаковость работ выхода электронов из разнородных металлов. Для уяснения понятия работы выхода электрона из металла рассмотрите поведение свободных электронов в металле, которые можно уподобить газу, называемому электронным. Разберитесь, почему электронам для вылета из металла наружу приходится преодолевать препятствующие этому силы. В самом деле, как только электрон выходит наружу, весь кусок металла заряжается положительно и втягивает этот электрон обратно. Непрерывный вылет электронов вследствие их теплового движения из металла на расстояние, не превышающее атомных размеров, и втягивание их обратно внутрь металла приводит к тому, что в каждый данный момент времени кристаллическая решетка из положительных ионов будет снаружи обволакиваться тонким слоем отрицательных электронов. Таким образом, на всей поверхности металла образуется двойной электрический слой, являющийся своеобразным конденсатором, который будет препятствовать выходу новых электронов изнутри металла наружу (рис.4.1).

Необходимо запомнить, что работа, которую необходимо совершить, чтобы удалить электрон из металла в вакуум, не придав ему кинетической энергии, называется работой выхода. Она зависит от химической природы металла, чистоты и обработки поверхности. При контакте двух металлов с разной работой выхода металл, имеющий меньшее значение работы выхода электронов, легче их теряет и заряжается положительно, а металл с большей работой выхода накапливает электроны и заряжается отрицательно. Поэтому первая составляющая контактной разности потенциалов между металлами вследствие этой причины определяется выражением

, (4.1)

где А₁ и А₂ – работа выхода электрона из первого и второго металла;

е – заряд электрона.

Вторая причина появления контактной разности потенциалов обусловлена различием концентраций свободных электронов в металлах. Необходимо хорошо представлять, что вследствие диффузии электроны начнут переходить из одного металла в другой, в результате чего тот из них, в котором концентрация электронов больше, будет их терять и приобретать положительный заряд.

Рис. 4.1.

Другой металл, имеющий меньшую концентрацию электронов, зарядится отрицательно. Важно запомнить, что составляющая контактной разности потенциалов, обусловленная различием концентраций свободных электронов в металлах, зависит от температуры Т по закону , (4.2)

где k – постоянная Больцмана;

n₀₁ и n₀₂ – концентрация свободных электронов соответственно в

первом и втором металлах.

Суммарная контактная разность потенциалов, обусловленная обеими причинами, будет

. (4.3)

В ХIХ веке было обнаружено, что в замкнутой цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, может возникать электрический ток в тех случаях, если контакты (спаи) между проводниками имеют различную температуру. Такая электрическая цепь называется термопарой. Электрический ток, возникающий в термопаре, называется термоэлектрическим.