10.6 Работа и мощность постоянного тока

Кулоновские и сторонние силы при перемещении заряда q вдоль электрической цепи совершают работу A. Рассмотрим однородный проводник с сопротивлением R к концам которого приложено напряжение U . За время dt через сечение проводника переносится заряд dq= Idt. Работа по перемещению заряда q₀ между двумя точками поля равна:

A₁₂ = q₀Δϕ, откуда dA= Udq= UIdt= I² Rdt= U²/R dt. Мощность тока: P= dA = UI= I² R= U²/ R dt.Если размерности [I]= А, [U]= В, [R]= Ом, то [A]= Дж и [P]= Вт.

Внесистемные единицы работы тока: ватт-час (Вт·ч) и киловатт-час (кВт·ч). 1 Вт·ч− работа тока мощностью 1 Вт в течении 1 ч: 1 Вт·ч=3600 Вт·с=3,6·103 Дж. Аналогично: 1 кВт·ч=1000 Вт·ч=3,6·106 Дж.

10.7 Электрический ток в жидкостях

Жидкости, как и твердые тела, могут быть диэлектриками, полупроводниками и проводниками. К числу диэлектриков относится дистиллированная вода. Жидкими полупроводниками являются, например, расплавленный селен, расплавы сульфидов. Раствор соли в отличие от дистиллированной воды обладает электрической проводимостью.Выясним механизм проводимости водных растворов электролитов на примере раствора бромида калия КВr.Взаимодействие атомов брома и калия в молекуле бромида калия упрощенно можно представить как взаимодействие двух ионов: положительно заряженного иона К⁺ и отрицательно заряженного иона Вг . Объясняется это тем, что единственный валентный электрон у калия слабо связан с атомом. При образовании молекулы КВr этот электрон переходит к атому брома, превращая его в отрицательный ион Вr ; в соответствии с этим молекулу КВr ми кип схематически изобразить в виде диполя. При растворении соли бромида калия в воде молекулы КВr попадают в окружение молекул воды, которые тоже являются диполями. В электрическом поле, создаваемом молекулой КВr, молекулы воды растягивают молекулу КВr настолько, что незначительная ее встряска при столкновении с другими молекулами разрушает ее. Часть молекул КВr распадается −диссоциирует на ионы К⁺ и Вr . Этот процесс называют электролитической диссоциацией.

Степень диссоциации, т. е. доля молекул растворенного вещества, которые распадаются на ионы, зависит от температуры, концентрации раствора и диэлектрической проницаемости ее растворителя. С увеличением температуры степень диссоциации возрастает и, следовательно, увеличивается концентрация положительно и отрицательно заряженных ионов.Ионы разных знаков при встрече могут снова объединиться в нейтральные молекулы −рекомбинировать.При неизменных условиях в растворе устанавливается динами­ческое равновесие, при котором число молекул, распадающихся в единицу времени на ионы, равно числу пар ионов, которые за то же время вновь воссоединяются в нейтральные молекулы.

Электролиз широко применяют в технике для различных целей. Электролитическим путем покрывают, например, поверхности одного металла тонким слоем другого (никелирование, хромирование, омеднение и т. п.). Это прочное покрытие защищает поверхность от коррозии. Если принять меры к тому, чтобы электролитическое покрытие хорошо отслаивалось от поверхности, на которую осаждался металл (этого достигают, например, нанося на поверхность графит), можно получить копию с рельефной поверхности. Осаждая металл на длинный цилиндр, получают трубы без шва. При помощи электролиза осуществляют очистку металлов от примесей. Так, полученную из руды неочищенную медь отливают в форме толстых листов, которые затем помещают в ванну в качестве анодов. При электролизе медь па аноде растворяется, примеси, содержащие ценные и редкие металлы, выпадают на дно, а на катоде оседает чистая медь. При помощи электролиза получают алюминий из расплава бокситов. Именно этот способ получения алюминия сделал его дешевым и наряду с железом самым распространенным в технике и быту металлом.