Робота та потужність струму

23. Знайдіть напругу на полюсах джерела ЕРС (див. рис.) та загальну потужність, що споживається резисторами. Які струми протіка­ють через резистори? Опори резисторів: R₁ = 8,0 Ом, R₂ = 24 Ом; ЕРС джерела 𝜀 = 40 В, його внутрішній опір r = 2,0 Ом.

24. Електричний нагрівач живиться від N од­накових акумуляторів, кожний з яких має внутрішній опір r. Нагрівач споживає однакову потужність як при послідовному, так і при паралельному з'єднанні акумуляторів. Знайдіть опір нагрівача.

Практична робота № 6 Струм в електролітах

Мета: розглянути механізми протікання струму в електролітах; навчитися застосовувати закони електролізу до розв’язування практичних задач.

Основні теоретичні відомості

Струм у металах ⎯ упорядковане переміщення вільних електронів під дією електричного поля:

I = еn𝜗S,

де е ⎯ заряд електрона (додаток), n ⎯ концентрація вільних електронів, 𝜗 ⎯ швидкість дрейфу електронів.

Густина струму в металах прямо пропорційна середній швидкості напрямленого руху та концентрації носіїв заряду:

J = еn𝜗

Закон Ома у диференціальному вигляді:

J =𝜎Е,

де j ⎯ густина струму, 𝜎 ⎯ питома електропровідність, Е ⎯ напруженість електричного поля.

Закон Джоуля-Ленца у диференціальному вигляді:

w = 𝜎Е²,

де w ⎯ енергія, що виділяється за одиницю часу з одиниці об’єму провідника при проходженні по ньому струму.

Термоелектрорушійна сила:

𝜺 = (Т₁ ⎯ Т₂) ,

де (Т₁ ⎯ Т₂) ⎯ різниця температур біля місця стикання металів, n₁/n₂ ⎯ відношення концентрації вільних електронів у металах, що створюють термопару.

Закон Фарадея для електролізу

Маса речовини, що виділяється на електроді, прямо пропорційна заряду, що пройшов через електроліт:

M =кq,

де к ⎯ електрохімічний еквівалент речовини (значення к деяких речовин вказані в додатку), який визначається за формулою:

к = ,

де 𝜇/n ⎯ хімічний еквівалент (𝜇 ⎯ молярна маса речовини, n ⎯ її валентність), F ⎯ число Фарадея (додаток 1). Число Фарадея (стала Фарадея) чисельно дорівнює електричному заряду, який потрібно пропустити через електроліт для виділення на електроді маси будь-якої речовини, що дорівнює в кг відношенню 𝜇 / n.

Електричний заряд будь-якого іона:

q = ± ,

де N_А ⎯ стала Авогадро (додаток 1).

Густина струму в електроліті визначається за формулою:

J = qn (u₊ + u₋)Е,

де (u₊ + u₋) ⎯ сума рухливості позитивних та негативних іонів.

Густина струму в газах визначається за формулами:

а) коли струм ненасичений:

J = qn (u₊ + u₋)Е,

де q ⎯ заряд іона, n ⎯ концентрація іонів (кількість іонів кожного знаку в одиниці об'єму), u₊ та u₋ ⎯ рухливість позитивних та негативних іонів, Е ⎯ напруженість поля;

б) коли струм насичений:

J = q n₀ d,

де n₀ ⎯ число пар іонів, що створюються іонізатором одиниці об’єму, d ⎯ відстань між електродами.

Позитивні іони, розігнані електричним полем, бомбардують катод і вибивають з його поверхні нові електрони (електронна емісія):

= еЕl, ≥ А_виходу,

де l ⎯ довжина вільного пробігу.