Зависимость сопротивления проводника от температуры

Пусть при температуре 0 градусов, сопротивление проводника равняется R0, а при температуре t сопротивление равно R, тогда относительное изменение сопротивления будет прямо пропорционально изменению температуры t:

· (R-R0)/R=a*t.

Зависимость сопротивления проводника от температуры

· p=p0(1+a*t).

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ.

ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА.

1. Электроли́т — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, что происходит врастворах и расплавах, или движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов. Примерами электролитов могут служить водные растворы кислот, солей и оснований и некоторые кристаллы (например, иодид серебра, диоксид циркония). Электролиты — проводники второго рода, вещества, электропроводность которых обусловлена подвижностью положительно или отрицательно заряженных ионов.

2. Процесс распада молекул в растворе или расплаве электролита на ионы называется электролитической диссоциацией.

3.

Жидкости, как и твердые тела, могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками. В этом уроке речь пойдет о жидкостях-проводниках. Причем не о жидкостях с электронной проводимостью (расплавленные металлы), а о жидкостях-проводниках второго рода (растворы и расплавы солей, кислот, оснований). Тип проводимости таких проводников – ионный.

Определение. Проводники второго рода – такие проводники, в которых при протекании тока происходят химические процессы.

4. обусловлена наличием в них положительных и отрицательных ионов (катионов и анионов). Доли общегоколичества электричества, переносимого катионами и анионами, называются переноса числами

5. Потому что в проводе ток переносят электроны, а в растворе электролита ионы

6. Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.

7. Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.

8. Электрический эквивалент вещества численно равен массе данного вещества, выделяющегося из электролита на одном из элек-тродов при прохождении через электролит единицы электрического заряда. [1]

Электрический эквивалент вещества К пропорционален его химическому эквиваленту: KM / ( Fx), где М - молярная масса вещества; f - число Фарадея ( постоянная Фарадея), равно 96 5 103 кл / моль; х - число электронов, участвующих в реакции. [2]

Электрический эквивалент вещества - это такое количество вещества, которое разлагается в процессе электролиза единичным током, проходящим через вещество за единицу времени, или, другими словами, при прохождении единицы электричества. Если единица электричества определена в абсолютной системе, то абсолютное значение электрохимического эквивалента для каждого вещества может быть выражено в гранах или граммах. [3]

Электрический эквивалент вещества численно равен массе данного вещества, выделившегося из электролита на одном из электродов при прохождении через электролит единицы электрического заряда. [4]

Электрический эквивалент вещества зависит только от природы вещества и служит его индивидуальной характеристикой. [5]

9.

10. Постоя́нная Фараде́я (число Фарадея) , — фундаментальная физическая постоянная, определяющая соотношение между электрохимическими и физическими свойствами вещества. Для постоянной Фарадея справедливо соотношение^[1]:

· ,

· где — элементарный заряд, а — число Авогадро.

· В единицах Международной системы единиц (СИ) постоянная Фарадея равна Кл·моль⁻¹.

11. Батарейки, аккумуляторы

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ

1. В процессе ионизации

2. Газы по большей мере состоят из нейтральных молекул. Однако если часть молекул газов ионизируется, газ проводит электрический ток. Есть два основных способа ионизации в газах:

Термическая ионизация — ионизация, при которой необходимую энергию для отрыва электрона от атома дают столкновения между атомами вследствие повышения температуры;

Ионизация электрическим полем — ионизация вследствие повышения значения напряжения внутреннего электрического поля выше предельного значения. Из этого следует отрыв электронов от атомов газа.

3. образование ковалентной связи путём обобществления двух неспаренных электронов, принадлежащих разным частицами.

H + H → H₂;

·CH₃ + ·CH₃ → CH₃ — CH₃.

4. ионы разрушенных молекул

5. электрический ток в газах - это упорядоченное движение ионов и электронов под действием электрического поля

6. Га́зовый разря́д — совокупность процессов, возникающих при протекании электрического тока через вещество, находящееся в газообразном состоянии. Обычно протекание тока становится возможным только после достаточной ионизации газа и образования плазмы. Ионизация происходит за счёт столкновений электронов, ускорившихся в электромагнитном поле, с атомами газа. При этом возникает лавинное увеличение числа заряженных частиц, поскольку в процессе ионизации образуются новые электроны, которые тоже после ускорения начинают участвовать в соударениях с атомами, вызывая их ионизацию. Для возникновения и поддержания газового разряда требуется существование электрического поля, так как плазма может существовать только если электроны приобретают во внешнем поле энергию, достаточную для ионизации атомов, и количество образованных ионов превышает число рекомбинировавших ионов.

Если для существования газового разряда необходима дополнительная ионизация за счёт внешних источников (например, при помощи ионизирующих излучений), то газовый разряд называется несамостоятельным (такие разряды используются в счётчиках Гейгера).

Для осуществления газового разряда применяют как постоянные во времени, так и переменные электрические поля.

7. Разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным.

На участке кривой Оа сила тока возрастает пропорционально напряженности поля (по закону Ома). Возрастание тока прекращается когда все созданные внешним ионизатором заряженные частицы достигают электродов (участок вс). Сила тока насыщения зависит от мощности ионизатора. При достаточно большой напряженности начинается самоионизация газа, а при дальнейшем увеличении Е возникает самостоятельный газовый разряд (справа от точки d).

Существует четыре вида самостоятельного газового разряда – тлеющий, коронный, искровой и дуговой.

8. Электронная ионизация (ЭИ, ионизация электронным ударом, — наиболее распространённый в масс-спектрометрии метод ионизации веществ в газовой фазе.

При электронной ионизации молекулы анализируемого вещества попадают в поток электронов движущихся от эмиттирующего их катода к аноду. Энергия движущихся электронов обычно 70 эВ, что согласно формуле де Бройля соответствует длине стандартной химической связи в органических молекулах (около 0,14 нм). Электроны вызывают ионизацию анализируемых молекул с образованием катион-радикалов:

M + e⁻ = M^.+ + 2e⁻

9. Пла́зма (от греч. πλάσμα «вылепленное», «оформленное») — частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Важнейшей особенностью плазмы является ее квазинейтральность, это означает, что объемные плотности положительных и отрицательных заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми. Плазма иногда называется четвёртым (после твёрдого, жидкого и газообразного) агрегатным состоянием вещества.

· Диффузные особенности плазмы выражаются в том, что обычно трудно бывает выделить небольшое число определяющих параметров системы и установить четкие, однозначные направления причинно-следственной связи между ними. В результате рождаются весьма громоздкие многопараметрические и функциональные модели плазменных объектов, исследование которых без ЭВМ невозможно. [1]

· Особенностями плазмы, позволяющими считать ее особым агрегатным состоянием вещества, являются: сильное взаимодействие с внешними электрическими и магнитными полями, обусловленное высокой электропроводностью плазмы, особое коллективное взаимодействие частиц плазмы), наличие упругих свойств, приводящих к возможности возбуждения и распространения в плазме различных колебаний. [2]

· Особенностями плазмы, позволяющими считать ее особым агрегатным состоянием вещества, являются: сильное взаимодействие с внешними электрическими и магнитными полями, обусловленное высокой электропроводностью плазмы, особое коллективное взаимодействие частиц плазмы1, наличие упругих свойств, приводящих к возможности возбуждения и распространения в плазме различных колебаний. [3]

· Этиособенности плазмы определяются в основном дальнодей-ствующим характером электрических сил взаимодействия между составляющими ее частицами. [4]

· Как уже отмечалось, особенность плазмы элегаза состоит в гом, что в ней температура диссоциации ( 2100 К) существенно отличается от температуры ионизации ( около 4000 К), при которой удельная лектропроводность резко нарастает. Это приводит к тому, что в стволе / ги могут образоваться две резко выраженные области - централь-я и периферийная. При увеличении интенсивности обдува дуги часть перифе - миной области смывается, т.е. уносится потоком газа. [5]

· Состояние нагретых газов и вособенности плазмы может заметно изменяться за время, на неск. Увеличение длительности единичного измерения сверх максимально допустимого значения в ряде случаев может привести не к усреднению Т по времени, а просто к абсурдным результатам. [6]

· Как следует из предыдущего ( см. § 6 - 3), особенность плазмы элегаза состоит в том, что в ней температура диссоциации ( 21009К) значительно меньше температуры ( около 4000 К), при которой наступают условия для резкого увеличения удельной электропроводности за счет ионизации атомов серы. Благодаря этому в стволе дуги могут образоваться две резко выраженные области - центральная ( ядро) и периферийная. Периферийная область с температурой, равной примерно температуре диссоциации, практически неэлектропроводна, но обладает высокой теплопроводностью. [7]

· Наличие сил электростатического взаимодействия между частицами приводит к отклонению свойств плазмы от свойств идеального газа. Особенности плазмы в этом случае определяются в основном характером электрических сил взаимодействия между составляющими ее частицами. [8]

· Специфические свойства проявляются в плазме, если на нее действует сильное магнитное поле. Этиособенности плазмы определяются дальнодействующим характером электрических сил взаимодействия между составляющими ее частицами. [9]

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ

1. Ва́куум (от лат. vacuus — пустой) — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлении значительно ниже атмосферного^[1]. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером среды d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д. В зависимости от величины соотношения λ/dразличают низкий ( ), средний ( ) и высокий ( ) вакуум.

2. Термоэлектро́нная эми́ссия (эффект Ричардсона, эффект Эдисона) — явление вырывания электронов из металла при высокой температуре. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энергии) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов,кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растёт, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным

3. Вакуумный Диод — это электронно-управляемая лампа, имеющая два основных электрода, ограничивающих рабочее пространство: катод и анод , помещенные в баллон с высоким вакуумом и снабженные герметичными выводами. Диод имеет два металлических электрода в стеклянном, металлическом или керамическом баллоне с вакуумом. Одним электродом является накаленный катод, служащий для эмиссии электронов. Другой электрод – анод – служит для притяжения электронов, испускаемых катодом, и создания потока свободных электронов. Катод и анод вакуумного диода аналогичны эмиттеру и базе полупроводникового диода. Анод притягивает электроны в случае, если он имеет положительный потенциал относительно катода. В пространстве между анодом и катодом образуется электрическое поле, которое при положительном потенциале анода является ускоряющим для электронов, испускаемых катодом. Электроны, вылетающие из катода, под действием поля движутся к аноду

4. При нагреве катода током накала возникает термоэлектронная эмиссия. Эмиттированные электроны образуют возле катода электронное облако, отрицательный заряд которого распределен в междуэлектродном пространстве. При аноде, отсоединенном от источника питания, электронное облако и катод будут находиться в динамическом равновесии подобно насыщенному пару над поверхностью жидкости. В равновесном состоянии количество электронов, вылетающих из катода, равно количеству электронов, возвращающихся обратно на катод под действием отрицательного объемного заряда. Некоторые электроны из облака попадут на анод и сообщат ему отрицательный заряд. В дальнейшем поступление электронов на отрицательно заряженный анод прекратится. Если к аноду относительно катода приложить положительное напряжение Uа > 0 (плюс на аноде, минус на катоде), то под действием ускоряющего электрического поля электроны электронного облака начнут двигаться к аноду, создавая в вакууме электронный

5.

Вольтамперная характеристика вакуумного диода.

При малых напряжениях на аноде не все электроны, испускаемые катодом, достигают анода, и электрический ток небольшой. При больших напряжениях ток достигает насыщения, т.е. максимального значения.
Вакуумный диод используется для выпрямления переменного тока.

Ток на входе диодного выпрямителя:

Ток на выходе выпрямителя:

6.

Главное назначение диодов — выпрямление переменного тока. Иногда диоды применяются для генерации шумов, т. е. беспорядочно изменяющихся токов и напряжений, для ограничения электрических импульсов и т. д.

7. Катодные лучи, также называемые «электронными пучками» — поток электронов, излучаемый катодом.

8.

· При торможении быстрых электронов, попадающих на вещество, возникает рентгеновское излучение. Некоторые вещества (стекло, суль фиды цинка и кадмия), бомбардируемые* электронами, светятся. В настоящее. время среди материалов этого типа (люминофоров') применяются такие, у которых в световую энергию превращается до 25% энергии электронного пучка.

· Электронные пучки отклоняются электрическим полем. Например, проходя между пластинами конденсатора, электроны отклоняются от отрицательно заряженной пластины к положительно заряженной.

· Электронный пучок отклоняется также в магнитном поле. Пролетая над северным полюсом магнита, электроны отклоняются влево, а пролетая над южным, отклоняются вправо. Отклонение электронных потоков, идущих от Солнца, в магнитном поле Земли приводит к тому, что свечение газов верхних слоев атмосферы (полярные сияния) наблюдается только у полюсов.

· Возможность управления электронным пучком с помощью электрического или магнитного полей и свечение покрытого люминофором экрана под действием пучка применяют в электронно-лучевой трубке.

9. В баллоне ЭЛТ создан глубокий вакуум. Для создания электронного луча применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод, нагреваемый нитью накала, испускает электроны. Изменением напряжения на управляющем электроде (модуляторе) можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом. Далее луч проходит через отклоняющую систему, которая может менять направление луча. В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие. Электронный луч попадает в экран, покрытый люминофором. От бомбардировки электронами люминофор светится и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.

10. Радиолампы, ускорители заряженных частиц, масс-спектрометры, вакуумные генераторы СВЧ, такие как магнетроны, лампы бегущей волны и т.п.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

1. Полупроводни́к — материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводниками и диэлектрикамии отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводника является увеличение электрической проводимости с ростом температуры^[1]. Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет порядка нескольких электрон-вольт (эВ). Например,алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а арсенид индия — к узкозонным. К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.). Почти все неорганические вещества окружающего нас мира — полупроводники. Самым распространённым в природе полупроводником является кремний, составляющий почти 30 % земной коры.

2. Основные признаки (п/п):

· Диапазон ρ = 10^-4 - 10⁺⁹ [Ом x см], но не это главное. Это есть у диэлектриков, у металлов;

· ρ у полупроводников можно изменять в широких пределах до 10³ - 10⁴раз, этого нет у металлов и диэлектриков. В диэлектриках нет электрически активных примесей;

· ρ у полупроводников резко меняется при подводе внешней энергии: такой как свет, тепло, радиация, механические напряжения. Это проявляется только у полупроводников;

· Температурная зависимость ρ отлична от металлов;

· При высокой химической чистоте и структурном совершенстве свойства многих полупроводников однозначны и предсказуемы. Это облегчает расчеты и проектирование приборов.

3. Собственной проводимостью полупроводников называется проводимость, обусловленная движением под действием электрического поля одинакового числа свободных электронов и дырок, образовавшихся вследствие перехода электронов полупроводника из валентной зоны в зону проводимости. В идеальном полупроводнике при собственной проводимости концентрации электронов (ni) и дырок (pi) равны и много меньше числа уровней в валентной зоне и зоне проводимости. Поэтому свободные электроны занимают уровни вблизи дна зоны проводимости Ec, а свободные дырки - вблизи потолка валентной зоны Ev

4. В примесных полупроводниках носители заряда бывают основными (электроны в проводнике n-типа) и не основными(дырки в полупроводнике р-типа, электроны в полупроводнике n-типа).

5. Механизм проводимостиу полупроводников

Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями.
При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и он ведет себя как диэлектрик.

Полупроводники чистые (без примесей)

Если полупроводник чистый( без примесей), то он обладает собственной проводимостью? которая невелика.

Собственная проводимость бывает двух видов:

1) электронная( проводимость "n " - типа)

При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны - сопротивление уменьшается.
Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности эл.поля.
Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов.

2) дырочная( проводимость " p" - типа )

При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами и образуются места с недостающим электроном - "дырка".
Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение "дырки" равноценно перемещению положительного заряда.
Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля.

Кроме нагревания , разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением ( фотопроводимость ) и действием сильных электрических полей

6. Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.

Полупроводник, имеющий примеси, называется примесным, а проводимость, созданная примесью, носит название примесной электропроводности.

Различают полупроводниковые материалы n-типа и p-типа.

Донорные примеси - атомы химических элементов, внедренные в кристаллическую решетку полупроводника и создающие дополнительную концентрацию электронов.Донорными примесями являются химические элементы, внедренные в полупроводник с меньшей, чем у примеси, валентностью.

Акцепторные примеси - атомы химических элементов, внедренные в кристаллическую решетку полупроводника и создающие дополнительную концентрацию дырок.Акцепторными примесями являются химические элементы, внедренные в полупроводник с большей, чем у примеси, валентностью.