2 Кедергімен қыздыру үрдістері және қондырғылары

2.1 Электр тоғының өткізгіш материалдарды қыздыру механизмі

Электр тоғы электрондар қозғалысымен қамтамасыз етілетін заттар бірінші текті өткізгіштер деп аталады. Электр тоғының бұл түрі металдарда және аса өткізгіштік қасиеті бар материалдарда, вакуумде орын алады.

Электр тоғы иондар қозғалысымен туатын орталар екінші текті өткізгіштер деп аталады. Бұл топқа электролиттер мен балқытпалар жатады.

Кристалдық заттар болып табылатын металдардың атомдар ядросы электрондық теория бойынша кристалдық тордың түйіндерінде орналасқан, ал олардың арасындағы кеңістік электрондармен толтырылған. Металдардағы бос электрондар саны өте зор, мысалы мыс үшін бұл сан 10²⁹/м³.

Электрондық теорияға сәйкес идеалдық металдың кристалдық торында электрондардың шашырауы, шағылысуы және тежелуі болмайды, сондықтан оның электр өткізгіштігі шексіз жоғары болады. Ал іс жүзінде металдардың электр өткізгіштігі шекті шаманы құрайды және көптеген факторлармен анықталады, соның бірі олардың құрылымының кристалдық торының геометриялық ауытқуларынан, қоспалар әсерінен болатын дефектілері. Бұл жағдай электрондар қозғалуына кедергі туғызады. Температура жоғарылаған сайын кристал торы түйіндеріндегі метал атомдарының теңселу амплитудасы өседі, электрондардың атомдармен соғылысу мүмкіндігі ұлғаяды. Осыған сәйкес электр тоғының өтуіне кедергі көбейеді.

Екінші текті өткізгіштерде: ерітінді-электролиттер және қышқыл, тотық балқытпалары, плазма – екі түрлі электр өткізгіштігі байқалады: иондық және электрондық. Тұрақты ток иондық өткізгіштік арқасында іске асады, айнымалы ток өткенде жиілік жоғарылаған сайын электрондық өткізгіштік басым болады.

Электротермиялық қондырғыларда қолданылатын қыздырғыштар электрондық ток әсерімен жұмыс істейді.

Электр тоғының тығыздығы, электр өрісінің кернеулігі, заттың электр өткізгіштігі арасындағы байланыс Ом заңымен анықталады

, (2.1)

мұнда - ток тығыздығы, А/см²;

- заряд тасушы электрондар мен иондар тығыздығы, 1/см³;

- электрондар мен иондар қозғалғыштығы, кернеулігі Е=1 В/см электр бағытындағы зарядталған бөлшектің дрейф жылдамдығына тең.

Металдарда өткізгіштік электрондармен анықталатындықтан

, (2.2)

Оң жақтағы бірінші үш мүше әр заттың электрондар концентрациясы және қозғалғыштығымен анықталатын қасиеті болғандықтан

(2.3)

мұнда - заттың меншікті электр өткізгіштігі.

Сонда (2.2) және (2.3) – тен

(2.3а)

Электр өткізгіштікке кері шаманы заттың меншікті электр кедергісі деп атайды.

Электр өткізгіштік сияқты электр кедергісі де температураға тәуелді

(2.4)

мұнда - өткізгіштің 20⁰С температурасындағы меншікті кедергісі;

- электр кедергісінің температуралық коэффициенті, Ом/⁰С.

Электр тоғы өткендегі өткізгіште бөлінетін жылу шамасы электр тоғы, өткізгіш кедергісі және электр тоғының өту уақытына байланысты Джоуль-Ленц заңымен анықталады

(2.5)