Постоянный электрический ток
240. Электрический ток - это направленное движение электрически заряженных частиц. За направление тока принято направление движения положительно заряженных частиц.
241. Постоянный ток - это ток, сила и направление которого не изменяются со временем.
242. Сила тока - это величина, равная отношению заряда, протекшего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени, к величине этого промежутка.
В системе СИ сила тока измеряется в амперах (А).
1 Ампер - это сила такого не изменяющегося тока, который при пропускании его по 2 проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, находящимся в вакууме на расстоянии 1 метр друг от друга, вызывает силу взаимодействия между ними 210-7 Н на каждый метр длины.
243. Для существования электрического тока необходимо выполнение двух условий:
1) наличие электрического поля;
2) наличие свободных носителей зарядов.
244. Сила тока связана со скоростью движения носителей заряда соотношением:
где q - заряд носителя зарядов, n - число носителей заряда в единице объёма (концентрация), S - площадь поперечного сечения проводника, v - средняя скорость упорядоченного движения носителей заряда под действием электрического поля.
245. Закон Ома для участка цепи: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Сопротивление проводников в системе СИ измеряется в омах (Ом). 1 Ом - это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении в 1 В возникает ток силой в 1 А.
246. Сопротивление проводника можно вычислить по формуле:
где - удельное сопротивление, l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения.
247. Удельным сопротивлением материала проводника называется величина, численно равная сопротивлению куба с ребром 1 метр, изготовленного из данного материала, при его подключении противоположными гранями. Удельное сопротивление измеряется в Омм.
248. Плотнсть тока - это физическая величина, равная отношению силы тока, текущего в проводнике, к площади его поперечного сечения.
Плотность тока измеряется в A/м2. Плотность тока величина векторная. Вектор плотности тока совпадает по направлению с вектором напряжённости электрического поля.
где n - концентрация носителей зарядов, q - заряд носителя, v - скорость упорядоченного движения носителей заряда под действием электрического поля.
249. При последовательном соединении проводников:
250. При параллельном соединении проводников:
251. Работа тока:
252. Мощность тока:
253. Закон Джоуля-Ленца: количество теплоты, которое выделяется в проводнике при пропускании электрического тока равно произведению квадрата силы тока, протекающего по проводнику, на сопротивление проводника и на время протекания электрического тока.
254. Электродвижущая сила (ЭДС) - это физическая величина, равная отношению работы сторонних сил по перемещению заряда по замкнутой цепи, к величине этого заряда.
ЭДС в системе СИ измеряется в вольтах.
255. Закон Ома для замкнутой цепи: cила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
где r - внутреннее сопротивление источника тока, R - общее сопротивление внешнего участка цепи.
256. Короткое замыкание цепи - это такой режим работы источника тока, при котором сопротивление внешнего участка цепи стремится к нулю.
257. Сила тока при коротком замыкании равна
258. Мощность, выделяющаяся во внешней цепи, будет максимальной в том случае, когда сопротивление внешней цепи будет равно внутреннему сопротивлению источника тока, т.е. при
259. Сопротивление проводников зависит от температуры по закону, выраженному формулой
где R0 - сопротивление проводника при 00С, R - сопротивление проводника при температуре t, ‑ температурный коэффициент сопротивления. Температурный коэффициент сопротивления измеряется в К-1. Температурный коэффициент сопротивления равен относительному изменению сопротивления при изменении температуры на 1 К.
260. Сверхпроводимость-это такое состояние вещества проводника, при котором его сопротивление становится равным нулю. Наблюдается это явление при температурах близких к абсолютному нулю.
261. Свободными носителями зарядов в металлах являются электроны.
262. Основные положения электронной теории проводимости металлов:
1) Свободные электроны ведут себя как молекулы идеального газа. Они не взаимодействуют друг с другом и обладают только кинетической энергией;
2) Свободные электроны в процессе своего хаотического движения сталкиваются не между собой (как молекулы идеального газа), а с ионами кристаллической решётки. При этом они полностью отдают свою кинетическую энергию кристаллической решётке;
3) Движение свободных электронов в металле подчиняется законам классической механики.
263. Электролиты - это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Носителями зарядов в электролитах являются положительные и отрицательные ионы.
264. Электролитическая диссоциация - это распад молекул электролита на ионы под влиянием электрических полей молекул растворителя.
265. Электролиз - это явление выделения вещества на электродах при пропускании тока через электролит.
Другая формулировка: Электролиз - это совокупность электрохимических процессов, происходящих на электродах, погруженных в электролит, при прохождении через него электрического тока.
266. Рекомбинация - это процесс образования нейтральных молекул из ионов.
267.Закон Фарадея для электролиза: Масса вещества, выделившегося на электроде при электролизе, прямо пропорциональна заряду, протекшему через электролит.
где k - электрохимический эквивалент вещества, выделяющегося на электроде, измеряется в кг/Кл и численно равен массе вещества, выделившегося на электроде при пропускании заряда в 1 Кл.
где - молярная масса, е - элементарный заряд, NА - число Авогадро, n - валентность.
268. Газовый разряд - это процесс протекания электрического тока через газ. Обычно газовый разряд сопровождается излучением атомами и ионами фотонов света, т.е. частиц света.
269. Несамостоятельным называют разряд, который происходит под действием внешнего ионизатора (пламя свечи, рентгеновское, ультрафиолетовое, радиоактивное излучения и т.д).
270. Ионизация молекул газа - это процесс выбивания электронов из нейтральных молекул при их соударениях, при соударении свободных электронов с нейтральными молекулами, при взаимодействии с электромагнитными и радиоактивными излучениями и т.д.
271. Рекомбинация молекул газа - это процесс образования нейтральных молекул из электронов и положительных ионов.
272. Носителями зарядов в газах являются электроны и ионы, которые появляются в результате ионизации. Но главную роль в проводимости газов играют электроны, т.к. электроны движутся со значительно большими скоростями, чем ионы.
273. Самостоятельным называется газовый разряд, протекающий в отсутствии внешнего ионизатора. При самостоятельном разряде положительные ионы приобретают большую скорость и, ударяясь о катод, выбивают из него электроны, которые в процессе своего движения к аноду ионизируют нейтральные атомы газа, порождая тем самым новые носители зарядов. Катод может испускать электроны не только в результате ударов ионов, но и в результате явления термоэлектронной эмиссии, которая происходит с катода при его нагревании.
274. Плазма - это такое состояние вещества, при котором атомы и молекулы находятся в частично или полностью ионизированном состоянии. В плазме концентрация положительных и отрицательных ионов одинакова.
275. Вакуум - это такое состояние вещества в сосуде, когда молекулы пролетают от одной его стенки до другой, не сталкиваясь друг с другом
276. Термоэлектронная эмиссия - это явление вылетания электронов с поверхности металлов и их окислов при нагревании. Явление термоэлектронной эмиссии используется для создания носителей зарядов в электровакуумных приборах.
277. Полупроводники - это группа веществ, представители которой по своей проводимости занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Их главное отличие от металлов состоит в характере зависимости электрического сопротивления от температуры. Сопротивление металлов при нагревании медленно растёт, а сопротивление полупроводников быстро уменьшается. Сопротивление диэлектриков тоже при повышении температуры уменьшается. но эта зависимость начинает сказываться при температурах 800-10000С и выше, а у полупроводников эта зависимость проявляется при температурах близких к 00С. Типичные представители полупроводников: германий. кремний и ещё 10 химических элементов.
278. В полупроводниках в результате теплового движения некоторые электроны покидают ковалентные (парнозлектронные) связи и становятся свободными. На их месте оказываются вакансии, которые ведут себя как положительно заряженные частицы. Их называют дырками. Таким образом, носителями свободных зарядов в полупроводниках являются электроны и дырки. В чистых (без примесей) полупроводниках их концентрация одинакова.
279. Собственной называется проводимость полупроводников, которая возникает в результате образования электронов и дырок при ионизации атомов полупроводника.
280. При введении в чистый полупроводник небольшого количества атомов примеси его проводимость сильно увеличивается. Если в кристаллическую решётку ввести атомы примеси с валентностью больше 4, в полупроводнике образуются свободные электроны, которые появляются в результате ионизации атомов примеси. Если в кристаллическую решётку ввести атомы примеси с валентностью меньшей 4, то для образования завершённых ковалентных связей у атомов примеси не будет хватать электронов, т.е. в ковалентных связях атомов примеси появятся вакансии, называемые дырками.
281. Проводимость, обусловленная носителями зарядов, появившимися в результате введения примесей, называется примесной.
282. Примеси, валентность которых больше 4, дающие электронную проводимость называют донорами, а возникающую при этом проводимость - донорной, или n-типа.
283. Примеси, валентность которых меньше 4, дающие дырочную проводимость, называют акцепторами, а проводимость акцепторной или p-типа.
284. Практическое применение получил контакт между полупроводниками с разной проводимостью. Этот контакт получил название p-n-перехода. Он обладает односторонней проводимостью и является основной частью полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, микросхем.