5.1.2.10. Параллельное соединение проводников

Параллельное соединение проводников – соединение, при котором начала всех проводников собраны в один узел, концы – в другой, и отключение от электрической цепи любого из этих проводников не приводит к отключению остальных.

Для параллельного соединения U₁ = U₂= = U₃ = U и, согласно закону сохранения заряда, I = I₁ + I₂ + I₃.

Для участков цепи: ; ; . Для всей цепи: . Тогда или .

При параллельном соединении проводников:

U = const U= const

I = I₁ + ... + I_{n или}

5.1.2.11. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля–Ленца

Пусть под действием электрического поля заряд q за время t прошёл через резистор R. Работа поля A = qU (п.5.1.1.13), где U – напряжение на резисторе. Из U = IR и q = It  ; , [А] = 1 Дж.

• Работу поля А по перемещению заряда принято называть работой тока, а мощность поля Р – мощностью тока.

 ; ; [P] = 1 Вт.

Джоуль и Эмиль Христианович Ленц (1804–1865, Россия) экспериментально установили зависимость, известную как закон Джоуля–Ленца: если на участке цепи вся энергия тока переходит во внутреннюю энергию проводника (не совершается механическая работа), то количество теплоты, выделившееся в проводнике: .

В этом законе количество теплоты равно работе тока, что полностью согласуется с законом сохранения энергии.

5.1.3. Электрический ток в различных средах

5.1.3.1. Электрический ток в металлах

5.1.3.1.1. Основные положения электронной теории проводимости металлов

1. Все металлы в твёрдом и жидком состояниях проводят электрический ток.

2. В твёрдом состоянии металл имеет кристаллическую структуру (металлическую), свободные электроны которой образуют «электронный газ».

3. Под действием электрического поля свободные электроны упорядоченно движутся (создают электрический ток).

4. Электрический ток можно рассматривать как равномерное движение электронов с некоторой скоростью v.

5. Металлы обладают электрическим сопротивлением.

5.1.3.1.2. Работа выхода. Термоэлектронная эмиссия

Возьмём металлическую пластину толщиной х. Внутри металла действие положительных ионов на свободный электрон в среднем компенсировано. Если электрон в хаотичном движении пересекает границу металла, то на него действует сила притяжения, втягивая обратно.

Если потенциальную энергию взаимодействия электрона с ионами решётки вне металла принять за нуль, то внутри металла она будет отрицательной (этот участок графика называют потенциальной ямой).

Работа выхода (А_вых) – минимальная работа, которую должен совершить электрон, чтобы выйти из металла.

А_вых = Е_п, где Е_п – энергетическая глубина потенциальной ямы. Так как Е_п обусловлено электрическим полем, Е_п = е ( – скачок потенциала при переходе через границу металла)  .

• Работа выхода совершается за счёт уменьшения кинетической энергии электрона Е_к и зависит от рода металла и чистоты его поверхности.

• При низких температурах средняя Е_к << А_вых, поэтому выходит незначительное количество электронов. При нагревании Е_к возрастает и количество электронов, выходящих из металла, существенно увеличивается.

Термоэлектронная эмиссия – явление выхода свободных электронов из металла при нагревании.

• Термоэлектронную эмиссию используют в электровакуумных приборах.