86. Перше та друге правила Кірхгофа на прикладах.

Закони Кірхгофа 1 закон. I (відноситься до вузла) Сума струмів, які підходять до вузла дорівнює сумі струмів, які виходять з вузла. II Алгебраїчна сума струмів у вузлі дорівнює 0 2 закон. (відноситься до контуру) Алгебраїчна сума ЕРС, які включені в контур = алгебраїчній сумі падінь напруг на резисторах контуру.

Порядок складання рівнянь

1. Довільно вказуємо напрям струмів в вітках (один раз)

2. В алгебраїчній сумі по першому закону (друге формулювання) зі знаком плюс враховуються ті струми, які підходять до вузла, зі знаком мінус – які виходять з вузла.

3. В другому законі Кірхгофа в алгебраїчній сумі ЕРС зі знаком плюс враховуються ті ЕРС, які співпадають з напрямом обходу контуру, якщо ні – зі знаком мінус. В алгебраїчній сумі падінь напруги зі знаком плюс враховуються напруги на тих резисторах, струм через яких співпадає з обходом контуру, якщо ні зі знаком мінус.

Приклад до закону Кірхгофа

I1=I2+I3 ; I1-I2-I3=0

E1-E2=I1R1+I2R2

-E2+E3=-I2R2+I3R3

E1+E3=I1R1+I3R3

Нерозгалужене електричне коло

1. Довільно вказуємо напрямок струму

2. По другому закону Кірхгофа складаємо рівняння:

Якщо струм при розрахунку зі знаком мінус, то дійсний напрямок струму протилежний вибраному. Рівняння ? помножимо на струм I :

‚ В лівій частині виразу кожна складова EI – являє собою потужність джерела енергії. В правій частині кожна складова являє собою потужність споживача. Вираз ‚ - це математичне вираження балансу потужності (закон збереження енергії).

Послідовне з’єднання елементів кола Напруги на резисторах при послідовному з’єднанні розподіляються прямо пропорційно їх опорів.

U1=IR1

U2=IR2 Згідно другому закону Кірхгофа можна записати:

U=U1+U2

U=IR1+IR2 *I

87. Термоелектричні явища. Ефекти Зеєбека та Пельт’є.

Термоелектричні явища — ряд явищ, які пов'язують між собою електричний струм та потоки тепла в речовинах і контактах між ними.

Область фізики які вивчає ці явища називається термоелектрикою.

До термоелектричних явищ належать^[1]:

• Ефект Зеебека — виникнення електрорушійної сили в неоднорідно нагрітому провіднику.

• Ефект Пельтьє — нагрівання чи охолодження контакту двох провідників при проходженні через нього електричного струму.

• Ефект Томсона — виділення або поглинання тепла при проходженні електричного струму через неоднорідно нагрітий провідник.

Термоелектричні явища широко використовуються в техніці. Термопари застосовуються для вимірювання температури, а також для прямого перетворення тепла в електрику в тих випадках, коли доцільно уникнути рухомих деталей (наприклад, у космосі). Поглинання тепла при проходженні електричного струму через контакт використовується в холодильниках, тощо.

88. Явища термоелектронної емісії.

Термоелектронна емісія — явище зумовленого тепловим рухом вильоту електронів за межі речовини.

Термоелектронна емісія суттєва для функціонування вакуумних ламп, в яких електрони випромінюються негативно зарядженим катодом. Для збільшення емісії катод зазвичай підігрівається ниткою розжарення.

При нагріванні металу енергетичний розподіл електронів в зоні провідності змінюється. З'являються електрони з енергією, що перевищує рівень Фермі. Незначна кількість електронів може набути енергію, яка перевищує роботу виходу. Такі електрони можуть вийти за межі металу, в результаті чого виникає емісія електронів. Величина струму термоелектронної емісії залежить від температури катода, роботи виходу та властивостей поверхні (рівняння Річардсона-Дешмана):

,

де: j_e — густина струму емісії;

A - емісійна стала, яка залежить від властивостей випромінювальної поверхні і яка для більшості чистих металів лежить в межах 40-70 А/см²*K²;

T - абсолютна температура катода;

e - основа натуральних логарифмів;

eφ₀ — робота виходу електрона із металу;

k_B — стала Больцмана.

Наведене рівняння справедливе для металів. Рівняння демонструє, що величтна струму залежить від температури катоду. Нижній поріг катоду визначається можливістю отримання бажаної емісії, а верхній — випаровуванням або плавленням матеріалу.

Суттєво впливає на величину струму емісії зовнішнє пришвидшуюче електричне поле, яке діє біля поверхні катода. Це явище отримало назву ефекта Шотткі. За цим ефектом зовнішнє електричне поле зменшує потенційний бар'єр, внаслідок чого знижується робота виходу електронів із катода і збільшується електронна емісія.

Напівпровідникові катоди мають шершаву поверхню, тому значно зростає напруженість зовнішнього електричного поля біля нерівностей поверхні, що викликає більш інтенсивний ріст струму емісії.