Електричний струм у різних середовищах

 Електричний струм у металах - це спрямований упорядкований рух вільних електронів (електронів провідності).

Основні положення електронної теорії металів:

• Електрони в металах поводяться, як ідеальний газ.

• Електрони рухаються за законами Ньютона.

• При русі електрони стикаються з кристалічною ґраткою (причина опору) і майже не взаємодіють між собою.

• При зіткненні електронів з іонами вони віддають частину своєї енергії - при цьому метал нагрівається.

Залежність опору металів від температури:

• Опір металів, залежить від температури, збільшуючись з її зростанням. Температурна залежність опору провідника пояснюється тим, що при підвищенні температури зростає число зіткнень електронів з іонами кристалічної ґратки;

• змінюється їх концентрація при нагріванні провідника.

Температурний коефіцієнт опору речовини характеризує залежність зміни опору при нагріванні від роду речовини. Він чисельно дорівнює відносній зміні опору провідника при нагріванні (охолодженні) на 1 К. Позначається - α, одиниця виміру - Ом на Кельвін (Ом / К)

Надпровідність - явище різкого зменшення до нуля електричного опору деяких речовин, спостерігається при їх охолодженні до температури нижче критичної. У різних речовин, критична температура різна. У деяких керамічних матеріалів температура переходу в надпровідний стан перевищує 100 К. Якщо порушити в кільці з надпровідного матеріалу струм, то цей струм буде існувати в ньому як завгодно довго, незважаючи на відсутність будь-якого джерела напруги.

Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів

Електроліти - речовини, розчини або розплави яких проводять електричний струм.

Електричний струм в електролітах - це спрямований упорядкований рух позитивних і негативних іонів (катіонів та аніонів).

Електроліз - це процес виділення речовини на електродах при проходженні електричного струму.

Електролітична дисоціація - розпад молекул на іони.

Закони електролізу

Перший закон Фарадея - маса (m) речовини, яка виділяється

на електроді, прямо пропорційна електричному заряду (q), який

пройшов через електроліт.

Коефіцієнт пропорційності, в законі Фарадея, називається електрохімічним еквівалентом речовини. Він чисельно дорівнює масі речовини (m), що виділяється при проходженні через електроліт одиничного електричного заряду, і залежить від хімічної природи речовини. Позначається - k, одиниця виміру - (кг / Кл)

Другий закон Фарадея - електрохімічний еквівалент прямо пропорційний молярній масі М іона і обернено пропорційний його валентності n і сталій Фарадея F.

Постійна Фарадея - добуток елементарного електричного заряду на число Авагадро. Постійна Фарадея визначає кількість електрики, проходження якої через розчин електроліту призводить до виділення на електроді 1 моля одновалентної речовини.

F = 9,64 · 10⁴ Кл/моль

ЗАСТОСУВАННЯ ЕЛЕКТРОЛІЗУ

Гальваностегія - покриття металевих виробів тонким шаром іншого металу. Гальванопластика - електролітичне виготовлення копій з рельєфних предметів. Рафінування - одержання чистих металів. Очищення води.

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У ГАЗАХ

Проходження струму через гази називають газовим розрядом.

 Розпад молекул газу на електрони і позитивні іони називається іонізацією газу.

 Рекомбінація - з'єднання позитивного іона і вільного електрона; явище, протилежне іонізації або дисоціації.

Електричний струм у газах - це спрямований рух позитивних іонів і вільних електронів.

Несамостійний розряд - газовий розряд, який існує тільки при наявності зовнішнього іонізатора.

 Самостійний розряд - газовий розряд, що не вимагає для свого підтримання дії зовнішнього іонізатора.

ВИДИ САМОСТІЙНОГО РОЗРЯДУ

Тліючий розряд - самостійний газовий розряд, що відбувається при низькій температурі катода і зниженому (у порівнянні з атмосферним) тиску газу.

Іскровий розряд - газовий розряд, характерною особливістю якого є швидке припинення струму після електричного пробою розрядного проміжку. Спостерігається у вигляді іскри. У природних умовах являє собою блискавку.

Дуговий розряд (електрична дуга) - самостійний газовий розряд, що виникає між електродами після їх розсування і представляє собою вигнутий плазмовий шнур який яскраво світиться.

Коронний розряд - високовольтний самостійний газовий розряд при атмосферному тиску, що виникає в різко неоднорідному електричному полі поблизу електродів з великою кривизною поверхні (вістря, дроту). Має вигляд ореолу «корони», яка світиться.

Плазма - це частково або повністю іонізований газ, в якому густини позитивних і негативних, зарядів практично однакова. Таким чином, плазма в цілому є електрично нейтральною системою.

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У ВАКУУМІ

Електричний струм у вакуумі можливий в електронних

лампах. Електронна лампа - це пристрій, в якому застосовується

явище термоелектронної емісії.

Термоелектронна емісія - це випускання електронів твердими або рідкими тілами при їх нагріванні.

Діод – це двохелектродна електронна лампа. Усередині скляного балону створюється дуже низький тиск (10^{- 6}- 10^–7 мм. рт. ст.).

Електронно - променева трубка - електровакуумний прилад, призначений для перетворення електричних сигналів на видиме зображення. Електронно-променева трубка являє собою скляний вакуумний балон, передня стінка якого (екран) покрита люмінофором (речовиною, що світиться під ударами електронів). У вузькому кінці трубки знаходиться електронна гармата. Електронна гармата формує з електронів, що вилетіли з розпеченого катода вузький електронний промінь. Для управління переміщенням електронного променя по екрану використовують вертикально і горизонтально відхиляючи пластини. Під дією змінних електричних полів, створених усередині кожної пари відхиляючих пластин, електронний промінь «малює» на екрані певну фігуру.

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У НАПІВПРОВІДНИКАХ

Напівпровідники - речовини, електрична провідність яких займає проміжне місце між провідністю металів і діелектриків. Характерною особливістю напівпровідників, що відрізняє їх від металів, є різке спадання питомого опору із зростанням температури.

Власна провідність - провідність напівпровідників, які не містять домішок. Зазвичай невелика. Обумовлена ​​наявністю в напівпровіднику вільних електронів і дірок.

Домішкова провідність – провідність напівпровідників, яка обумовлена внесенням до їх кристалічної решітки домішок (атомів сторонніх хімічних елементів). Буває двох видів: електронна та діркова.

Електронна провідність (провідність n-типу) - провідність напівпровідника, в якому основними носіями струму є електрони.

Донорна домішка - домішка в напівпровіднику, призводить до виникнення в ньому переважно електронної провідності. Типовий приклад донорної домішки - атоми елементів V групи в напівпровідниках IV групи. З п'яти валентних електронів у атомів донорної домішки чотири беруть участь у створенні ковалентного зв'язку з сусідніми атомами напівпровідника, а п'ятий, будучи слабо пов'язаним з атомом домішки, легко його покидає і стає вільним.

Завдяки цьому кількість вільних електронів в напівпровіднику зростає, і він набуває переважно електронну провідність (провідність n-типу).

Діркова провідність (провідність p-типу) - провідність напівпровідника, в якому основними носіями струму є дірки.

Акцепторна домішка - домішка в напівпровіднику, що призводить до виникнення в ньому переважно діркової провідності, провідності р - типу. Приклад акцепторної домішки - атоми елементів III групи в напівпровідниках IV групи. Три валентних електрона беруть участь у створенні ковалентного зв'язку з сусідніми атомами напівпровідника, а одна зв'язок залишається вільним.

Завдяки цьому кількість дірок у напівпровіднику зростає, і він набуває переважно діркову провідність (провідність р-типу).

Залежність опору напівпровідників від температури - при нагріванні електричний опір напівпровідників зменшується. Зменшення електричного опору напівпровідників при нагріванні пояснюється тим, що з підвищенням температури кристала число вивільнених електронів збільшується, концентрація вільних електронів і дірок в кристалі зростає.

Електронно-дірковий перехід - виникає в місці контакту p - і n - областей напівпровідника. Володіє односторонньою провідністю.

Напівпровідниковий діод - два напівпровідника з різними типами провідностей, які з'єднані разом.