[Ред.] Питома ємність

Конденсатори також характеризуються питомою ємністю — відношення ємності до об`єму (або маси) конденсатора.

Застосовуються в лазерній техніці, медичних пристроях, у зварювальних пристроях.

Електричний струм. Закон ома для ділянки кола. Опір.

Електричний струм – це напрямлений рух електричних зарядів.

Електри́чний струм — впорядкований рух заряджених частинок у просторі. У металах це електрони, напівпровідниках - електрони та дірки, у електролітах - позитивно та негативно заряджені іони, у іонізованих газах — іони та електрони. За напрямок струму вибирають рух позитивно заряджених частинок. Таким чином, напрямок струму в металах протилежний напрямку руху електронів.

Кількісно електричний струм характеризується диференційною векторною величиною густиною струму, або у випадку струму в проводах інтегральною величиною силою струму.

Величина I=q/t називається силою струму, і відповідає кількості заряду (Δq), переміщеному через перетин провідника за час Δt.

У системі СІ сила струму вимірюється в амперах. Відповідно, густина струму вимірюється в A/м².

Якщо за кожен проміжок часу Δt заряд Δq однаковий і напрямок струму незмінний, то такий струм називають постійним.

У випадку, коли ці величини змінні, силу струму описують так:

такий струм називають змінним.

Електричний струм в речовині виникає під дією електричного поля. Електричне поле змушує рухатися вільні носії заряду: електрони, дірки чи іони. Узгоджений рух носіїв заряду в зовнішньому електричному полі називається дрейфовим струмом.

Електричний струм виникає також під дією відмінних від електричного поля причин. У таких випадках говорять, що електричний струм зумовлений сторонніми силами. Кількісною характеристикою здатності сторонніх сил створювати електричний струм є так звана електрорушійна сила, або скорочено ЕРС.

Розглянемо кілька різних прикладів створення струму сторонніми силами.

Дифузійний струм виникає тоді, коли носії заряду розпроділені в речовині неоднорідно. Дифузійний струм важливий для роботи напівпровідникових приладів, зокрема транзисторів.

У гальванічних елементах, батарейках, акумуляторах електричний струм виникає внаслідок хімічних перетворень, які відбуваються на межі електродів з електролітом.

У термоелектричних джерелах струму електричний струм виникає внаслідок градієнту температури.

Електричний струм викликається також змінним магнітним полем. Зміна магнітного потоку створює вихрове електричне поле, яке й призводить до руху носіїв заряду.

Електричний струм створює магнітне поле, напруженість якого визначається законом Біо-Савара. Магнітне поле, створене струмом, використовується для вимірювання сили струму.

Проходження електричного струму через речовину приводить до тепловиділення. У випадку провідника зі скінченним опором це тепловиділення описуєтсья законом Джоуля-Ленца. При проходженні струму через контакт двох провідників тепло може як виділятися, так і поглинатися (ефект Пельтьє). Аналогічні до ефекту Пельтьє явища винакають при проходженні електричного струму через провідник із нерівномірним розподілом температури.

Електричний струм в газах викликає світіння, що є частковим випадком електролюменесценції. Аналогічні явища виникають у світлодіодах. При проходженні через електроліт електричний струм супроводжується хімічними реакціями на електродах, які можуть покриватися шаром металу, що виділяється з електроліту.

Сила струму вимірюється приладами, які називають амперметрами і гальванометрами. В цих приладах зазвичай вимірюється не сам струм, а механічна дія створеного ним магнітного поля.

Для класичної системи заряджених частинок із зарядом e безмежно малий заряд dQ, що переноситься за час dt через елементарну площадку dS, перпендикулярну напрямку середньої швидкості v частинок визначається так:

,

де e — заряд частинок, v — швидкість руху частинок, а n — їх кількість в одиниці об`єму.

Сила струму dI через площадку dS визначається співвідношенням

згідно з яким

 — густина електричного струму, де риска над символами означає усереднення.

Закон ома для ділянки кола..Сила струму на ділянці кола прямо пропорційна напрузі і обернено пропорційна опору.

I=u/R

Електри́чний о́пір — властивість провідника створювати перешкоди проходженню електричного струму.

Один ом дорівнює опору провідника, на кінцях якого виникає напруга один вольт при силі струму один ампер.

Послідовне і паралельне з*єднання споживачів електричної енергії.

При послідовному з*єднанні

I=I1=i2

U=U1+u2

R=R1+R2

А при параллельному

I=I1+i2

U=U1+U2, 1/R=1/R1+1/R2

ЕРС. Закон ома для повного кола.

ЕРС – це характеристика джерела струму.

Електроруші́йна си́ла  кількісна міра роботи сторонніх сил із переміщення заряду, характеристика джерела струму.

Позначається здебільшого літерою , вимірюється в системі СІ у Вольтах. Зазвичай електрорушійна сила скорочується в текстах до е.р.с.

Один вольт дорівнює електричній напрузі, яка викликає в електричному колі з постійним струмом силою один ампер при потужності один ват.

Електрорушійна сила ділянки кола дорівнює енергії, яку отримує одиничний заряд, пройшовши цю ділянку кола.

Для протікання електричним колом струму необхідно, щоб у колі були елементи, які переміщують електричні заряди, збільшуючи їхню енергію. Сили, які виконують цю функцію називаються сторонніми силами. За своєю природою сторонні сили можуть бути різноманітні: хімічні, як у електричних батареях і акумуляторах, термоелектричні, як у термопара, чи зумовлені явищем електромагнітної індукції, як у генераторах електричного струму. Кожне джерело струму характеризується своєю електрорушійною силою й внутрішнім опором.

Закон ома для повного кола. В повному колі окрім опору навантаження є ще джерело джерело живлення, яке має свій власний внутрішній опір. Сила струму в ньому визначається формулою

I=/R+r

де - електрорушійна сила, R - опір навантаження, r -внутрішній опір джерела струму.

Сила струму у повному колі дорівнює відношенню ЕРС до його повного опору.

Електричний струм в електролітах. Закони електролізу. Застосування електролізу.

Рідини як і тверді тіла можуть бути діелектриками, провідниками і напівпровідниками. Діелектриком є також дистилирована вода. До провідників належать розплави і розчини електролітів: кислот, лугів і солей. Рідкими напівпровідниками є розплавлений селен, розплави сульфідів.

Під час розчинення електролітів під вливом електричного поля полярних молекул води відбувається розпад молекул електролітів на іони. Цей процес називається електролітичною дисоціацією. В результаті якої нейтральні молекули розпадаються напозитивні та негативні іони. В електроліті з*являються вільні носії зарядів і він починає проводити струм. Оскільки заряд у водних розчинах переноситься іонами, то таку провідність називають іонною. За іонної провідності проходження струму пов*язано із перенесенням речовини. На електродах відбувається виділення речовин, які входять до складу електроліту. На аноді негативно заряджені частинки віддають свої зайві електрони , а на катоді позитивні іони отримують електрони. Процес виділення на електроді речовини, пов*язаний із окислювання-відновлювальними реакціями , називають електролізом.

Закони електролізу фарадея.

Майкл Фарадей – британський фізик і хімік, відкрив явище електромагнітної індукції у 1831 році, він був основоположником вчення про електричне поле.

1 закон – Маса речовини виділеної на електроді прямо пропорційна величині електричного заряду, що пройшов через електроліт.

2 закон – маси хімічних речовин виділених на електроді в наслідок проходження однаково електричного заряду пропорційні їх хімічним еквівалентам.

Застосування електролізу.

Електрохімічні властивості широко застосовуються в різних галузях сучасної техніки, в аналітичній хімії , в біохімії. В хімічній промисловоті одержують хлор і фтор, луги, хлорат, над сірчану кислоту, хімічно чисті водень і кисень. При цьому одні речовини одержують шляхом відновлення на катоді, інші – електроокисненням на аноді. Електроліз в гідрометалургії є однією з стадій переробки металомісткої сировини, що забезпечує отримання товарних металів.

Електричний стум в напівпровідниках. Залежність опору напівпровідників від температури.

Питомий опір елементів ( такі як кремній, германій, селен) та деяких оксидів, сульфідів з підвищенням температури не зростає, як у металів. А навпаки різко зменшується. Такі речовини назвали напівпровідниками. Пояснимо ці закономірності на прикладі сіліцію. Взаємодія пари сусідніх атомів здійснюється за допомогою ковалентного зв*язку. У темноті при низьких температурах всі електрони зайняті в ковалентних зв*язках. Вільних носіїв у криталі немає, отже кристал не проводить стум і його опір великий. За цих умов напівпровідник схожий на ізолятор. З підвищенням температури кристала деякі ковалентні зв*язки руйнуються. На місці кожного розірваного зв*язку утворюється вакантне місце. Це місце називається диркою. Оскільки дирка переміщується в кристалі, як і вільний носій електричного заряду, то їй приписують позитивний заряд. Якщо діє зовнішнє електричне поле, то в кристалі напівпровідника виникає впорядковане переміщення дірок і до електричного струму вільних електронів додається електричний струм, пов*язаний з переміщенням дірок.

Провідність чистих провідників що не мають ніяких домішок називають власною провідністю напівпровідників.

Власна провідність напівпровідників невелика, оскільки малою є кількість вільних електронів. Особливість напівпровідників полягає у тому що в них за наявності домішок поряд із власною провідністю виникає додаткова – домішкова провідність.

Напівпровідники є донорною провідністю мають більшу кількість електронів порівняно з кількістю дірок. Їх називають напівпровідниками Н-типу. У них електрони є основними носіями заряду, а дірки – неосновними.

Напівпровідники з переважанням діркової провідності над електронною називають напівпровідниками П-типу.

ЕДП. Основна властивість ЕДП. Напівпровідниковий діод: будова, принцип дії, застосування. ВАХ діода.

Досить цікаве явище відбувається якщо сплавити між сопою напівпровідники п та ен типу. В наслідок теплового руху електрони рухаються з напівпровідника ен типу в пе тип а дірки навпаки. Явище називається інжекцією. В результаті чого приконтактна область збіднюється основними носіями зарядів. І на границі 2-х провідників утворюється електричне поле яке припиняє подальший перехід електронів і дірок. Поблизу межі розділу виникає шар з підвищеним опором. Який називається електро дірковим переходом. Основна властивість ЕДП – це одностороння провідність.

Напівпровіднико́вий діо́д (рос. полупроводниковый диод, англ. semiconductor (crystal) diode; нім. н. Halbleiterdiode f) — це напівпровідниковий прилад з одним випрямним електричним переходом і двома зовнішніми виводами.

Випрямним електричним переходом, в напівпровідникових діодах, може бути електронно-дірковий перехід, гіперперехід або контакт метал-напівпровідник.

Випрямний перехід, окрім ефекту випрямлення, має й інші властивості, що використовуються для створення різних видів напівпровідникових діодів: випрямних діодів, стабілітронів, лавинно-пролітних діодів, тунельних діодів, варикапів та інших. Тому напівпровідникові діоди поділяють: на випрямні, високочастотні та надвисокочастотні, імпульсні, опірні (стабілітрони), чотиришарові перемикаючі, фотодіоди, світлодіоди, тунельні діоди та інші.