Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
сам.робота збірник..doc
Скачиваний:
11
Добавлен:
09.11.2019
Размер:
2.81 Mб
Скачать

2.8. Струм у газах

1) Струм у газах називається газовим розрядом.

2) Носіями електричних зарядів у газах є електрони і позитивні і негативні іони.

3) Розрізняють несамостійну і самостійну провідність газів.

При несамостійній провідності газу генерація вільних електричних зарядів відбувається за рахунок дії іонізатора.

При постійній дії іонізатора і постійному підвищенні напруги між обкладками конденсатора сила токи буде збільшуватися прямо пропорційно напрузі за законом Ома. Однак, з деякого моменту часу сила струму буде рости усе повільніше, і, нарешті, стає незмінної, незважаючи на подальше підвищення напруги. Цей струм називається струмом насичення.

Ін = Zq, де

Z - число пар заряджених часток, що утворилися під дією іонізатора,

q - заряд частки.

При самостійній провідності генерація вільних електричне заряджених часток викликається дією електричного полючи (ударна іонізація). За законом збереження енергії маємо:

Aи = mv²/2 ,де

Аи - робота іонізації; та енергія, яку потрібно затратити, щоб відірвати електрон від атома,

m - маса частки, що викликає іонізацію при зіткненні з атомом,

V - швидкість частки.

Кінетичну енергію заряджена частка здобуває в електричному полі, пробігаючи відстань, рівна довжині вільного пробігу. Довжина вільного пробігу частки ця відстань, що пролітає частка без зіткнень. Отже:

mV2/2=qUλ/d

2.9 Теми для самостійної роботи:

Густина струму. Надпровідність. Обчислення еквівалентного опору.

План

1. Сила струму і щільність струму в провіднику.

2. Відкриття надпровідності Камерлінґ - Онесом

3. Властивості надпровідників

4. Теорії надпровідності

5.Еквівалентний опір.

Сила струму і щільність струму в провіднику.

Сила струму і щільність струму в провіднику. Якщо у вакуумі рух зарядів під дією полючи відбувається з безупинно наростаючою швидкістю, то у твердих речовинах і в рідинах справа обстоїть інакше.

Подібно тому, як потяг рухається з постійною швидкістю, коли сила тяги дорівнює силі опору навколишнього середовища, середня швидкість v спрямованого руху рухливих носіїв при постійній напруженості полючи Е:

v = иЕ (18.1)

Коефіцієнт пропорційності і, що виражає залежність швидкості руху носіїв зарядів, обумовленої дією сил полючи, від роду речовини провідника і зовнішніх умов, називають рухливістю носіїв струму. Рухливість виміряється швидкістю спрямованого руху носіїв струму в провіднику при напруженості полючи, рівної одиниці. (Покажіть, що одиницею виміру рухливості зарядів у системі СИ є 12 /(В·с) =1 А·с2 /кг)

Якщо в провіднику тече електричний струм, то через перетин провідника S, перпендикулярне лініям напруженості полючи, проходять рухливі носії зарядів подібно тому, як повз спостерігача, що коштує в узбіччя дороги, проїжджають автомашини. Величину І, що характеризує швидкість переносу заряду в провіднику через його поперечний переріз, називають силою струму. Силу струму в провіднику вимірюють кількістю електрики, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу :

І = q\t (18.2)

Величину j, що характеризує швидкість переносу заряду в провіднику через одиницю площі його поперечного переріза, називають щільністю струму. При рівномірному розподілі потоку зарядів по всій площі S перетину провідника щільність струму

j =І\S (18.3)

Якщо потік зарядів розподіляється по площі поперечного переріза провідника нерівномірно, то завжди можна вибрати настільки малу частину площі перетину ΔS, щоб потік зарядів через неї можна було вважати рівномірним. Тоді, якщо сила струму через обрану площадку ΔS дорівнює ΔІ, те щільність струму в цьому місці поперечного переріза дорівнює

j =ΔІ\ΔS (18.3а.)

З'ясуємо, чим визначається щільність струму в провіднику. Припустимо, що лінії напруженості полючи перпендикулярні площини поперечного переріза провідника, а всі носії токи заряджені позитивно і мають однаковий заряд e+. Нехай напруженість полючи в провіднику Е, кількість рухливих носіїв зарядів в одиниця об'єму провідника n0, а швидкість їхній спрямованого руху в провіднику v. Виділимо усередині провідника циліндр, що утворить якого рівнобіжна Е, а площа перетину дорівнює S (мал. 18.1). Тоді усередині циліндра буде знаходиться S1 nо носіїв струму, а величина їхнього загального заряду буде дорівнює q= S 1n 0e+.

За час t= l/v усі ці носії струму пройдуть через передню підставу циліндра. При цьому струм через поперечний переріз циліндра S буде дорівнює І= q/t, а щільність струму

j=І\S=q\St= n 0e+v,

Отже, j= n 0e+v, (18.4)

чи у векторній формі j= n 0e+v. (18.5)

Оскільки v = uе, одержимо j= un 0e+Е (18.6)

Тому що напруженість полючи Е є вектор, а u, n0 і e+- скалярні величини , то щільність струму j є вектором, напрямок струму умовно приймається напрямок рух позитивних зарядів у провіднику. Оскільки І= j, те

І= un 0e+ SЕ. (18.7)

Напруженість полючи в циліндрі можна виразити по формулі

Е=(φ1 - φ2)\l=U\l

Тоді одержимо

j=( n 0e+v)U\l (18.6a)

j=( n 0e+S)U\l (18.7a)

Ці формули можна застосовувати і до провідника довільних розмірів, тоді L буде позначати довжину всього провідника, S- площа його поперечного переріза, а U- напруга на його кінцях. Такий струм, при якому щільність струму в кожній крапці провідника не змінюється згодом , називають постійним.

З (18.7а) видно, що постійний струм існує в провіднику тільки при постійній напрузі на кінцях провідника. Якщо ж струм змінюється згодом , то його називають перемінним.

Усе викладене нижче в цьому розділі відноситься до постійного струму.

Підкреслимо ще раз, що за напрямок струму прийнятий напрямок позитивних зарядів, що збігається з напрямком електричного полючи. Негативно заряджені носії струму, як ми знаємо, під дією сил полючи рухаються в напрямку, протилежному напрямку полючи. Однак переміщення в провіднику негативних зарядів у якому-небудь напрямку еквівалентно переміщенню таких же по величині позитивних зарядів у протилежному напрямку. Отже, напрямок струму, створеного негативно зарядженими носіями, також збігається з напрямком полючи. При цьому щільність струму і сила токи визначаються вираженнями, аналогічними (18.6а) і (18.6а). У цих формулах варто відкинути знак заряду, і тоді вони будуть застосовні і для позитивних, і для негативних зарядів

j=( n 0e+і)U\l (18.6б)

j=( n 0e+Sи)U\l (18.7б)

Щоб установити, які заряди в металах є вільними, був виконаний наступний досвід. Металевий провід великий довгі намотували на циліндричний каркас, а кінці проводу з'єднували з двома кінцями (малий. 18.2), до яких були притиснуті вугільні пластинки, приєднані до гальванометра (приладу для виміру слабких струмів). Котушку з проводом приводили у швидке обертання, а потім різко гальмували. У цей момент стрільця гальванометра відхилялася, т.е виникав короткочасний струм. Його поява порозумівається в такий спосіб.

При обертанні котушки разом із провідником рухалися і носії струму в провіднику. Коли котушку різко зупиняли, ті носії струму якийсь година продовжували свій Рух по інерції, т.е в провіднику створювався короткочасний струм. По напрямку цього струму було встановлено, що рухаються негативні заряди, а більш докладні дослідження показали, що рухливими носіями зарядів у металах Е ΔS І І є електрони.