Электр тогы туралы түсінік

Презентация қосу

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ
БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М.ӘУЕЗОВ АТЫНДАҒЫ
ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

ПРЕЗЕНТАЦИЯ
Металдардағы, газдардағы және вакуумдағы
электр тогы

Орындаған: Айдәулет Б.
Тобы: ИП-19-3к2
Қабылдаған: Спабекова Р.

Шымкент 2020
Электр тогы туралы
түсінік
Электр тогы – электр қозғаушы күштің әсерінен
зарядтардың (зарядталған бөлшектер немесе дене)
бағытталған қозғалысы.
Зарядталған бөлшектер: өткізгіштерде — электрондар,
электролиттерде —иондар (катиондар мен аниондар), газда
—иондар мен электрондар, арнайы жағдайдағы вакуумда —
электрондар, жартылай өткізгіштерде —электрондар мен
кемтіктер (электронды-кемтіктік өтімділік) болып
табылады.
Электр тогы энергетика саласында — энергияны алыс
қашықтыққа жеткізу үшін, ал телекоммуникация
саласында — ақпаратты шалғайға тасымалдау үшін
қолданылады.
Электр тогының түрлері
Токтың тұрақты ток және айнымалы
ток деп аталатын екі түрі бар.

Тұрақты ток — уақыт Айнымалы ток — бағыты
бойынша бағыты және мен шамасы периодты
шамасы өзгермейді. Тұрақты түрде өзгеріп отыратын
ток көздері: аккумуляторлар, электр тогы. Ал техникада
батареялар. Электрондар - айнымалы ток деп ток
тан + ағылады. күші мен кернеудің
период ішіндегі орташа
мәні нөлге тең болатын
периодты ток
түсіндіріледі. Айнымалы
ток байланыс
құрылғыларында (радио,
теледидар, телефон т.б.)
кеңінен қолданылады.
Зарядталған бөлшектерге электр өрісі F = qE күшпен әсер етеді.
Тоқтың әрекетін бағалау үшін ток күші деп аталатын физикалық
шама енгізілген. I ток күші деп өткізгіштің көлденең қимасы арқылы
бірлік уақыт ішінде қандай ∆q заряд өтетінін көрсететін физикалық
шаманы айтады, яғни:

Егер ток күші мен оның бағыты уақыт бойынша өзгеріссіз қалса,
онда электр тогы тұрақты электр тогы деп аталады.
Электр кернеуі – бірлік электр зарядының орын ауыстыру бойымен
электр өрісінің атқаратын жұмысымен анықталатын физикалық
шама:

j Tок тығыздығы – электр тогын сипаттау үшін өткізгіштің бірлік
қимасынан қандай ток өтетінін көрсететін шама

Электр кернеуі – бірлік электр зарядының орын ауыстыру бойымен
электр өрісінің атқаратын жұмысымен анықталатын физикалық
шама:
МЕТАЛДАРДАҒЫ ЭЛЕКТР
ТОГЫ
Қатты күйдегі металдардың негізі кристалл торы болып
табылады, оның түйіндерінде оң иондар, ал иондардың арасындағы
кеңістікте еркін электрондар қозғалады. Металдардағы еркін
электр зарядын тасымалдаушылар электрондар болып табылады.
Металдардағы электр тогы-еркін электрондардың реттелген
козғалысы. Электр өрісінің әрекетінен металдардағы
электрондардың қозғалыс жылдамдығы онша үлкен емес. Ал
өткізгіш ішіндегі электр өрісінің таралу жылдамдығы өте үлкен, ол
шамамен жарық жылдамдығына тең болады (300000 км/с).
1901 жылы неміс физигі Рикке (1845 – 1915)
МЕТАЛДАРҒА тәжірибе жасады.Тәжірибенің мазмұны
мынадай: жиектері мұқият тегістеліп өңделген (Сu +Al
+ Cu) радиустары бірдей үш цилиндр өзара
қосылған.Цилиндрлердің салмақтары өлшеніп
алынған .Сонан кейін осындай өткізгіштер арқылы бір
жыл бойы үздіксіз электр тогы жүргізілген .Сонда
Эдуард Рикке осындай уақыт ішінде цилиндрлер арқылы 3,5 мкКл заряд
өткені анықталады. Ал цилиндрлер массаларын 0,3 мг
дәлдікпен өлшегенде, өткен токтың цилиндрдің
салмағына ешқандай әсері болмағаны анықталады.Сол
сияқты цилиндрлердің түйіскен жерлерінде бір
металдың екінші металға енбегендігі анықталды.Сөйтіп
, тәжірибенің нәтижесі металдардағы зарядтарды
тасымалдаушы тордың атомдары емес, металдар
құрамына енетін басқа ұсақ бөлшектер, ал ол кейін 1897
жылы ағылшын физигі Д. Томсон ашқан электрондар
Джозеф Джон екендігі анықталды.
Томсон
Енді зарядталмаған v жылдамдықпен қозғалатын металл өткізгішті
алайық. Сонда металдың кристалдық торын түзетін атомдар мен
иондар арасында таңбасы жөнінен иондар таңбасына қарама – қарсы
ток тасымалдаутын бөлшектер болады. Егер де өткізгішті кенеттен
тоқтатсақ, онда тормен байлансы шамалы зарядтар өзінің инерциясы
бойынша алға қарай ұмтылады .Сөйтіп осындай зарядтарыдың орын
ауыстыруы өткізгіште ток тудырырады. Осы токтың мәнін сезімэтал
G гальванометр көрсетеді.Токтың бағыты бойынша зарядтың таңбасы
және өткізгіштің кедергісі мен мөлшері бойынша сол зарядтың
массасына қатынасын есептеуге болады
Жоғары температурада металдардың өз бойынан едәуір мөлшерде
электрондарды бөліп шығару құбылысын термоэлектрондық эмиссия
құбылысы деп атайды. Осы құбылыстың механизмін былайша түсінуге
болады: электрондардың энергия бойынша таралуы салдарынан, металл
шекарасында болатын потенциалдық тосқауылды жеңуге жетерліктей
біраз электрондар болады.
Егер қызған металдан бөлініп шыққан электрондарды сыртқы электр
өрісімен үдетсек, онда ток пайда болады. Осындай электрондық токты
вакуумда шығарып алуға болады. Электрондық токтың күшіне қарап,
қызған металдан шығатын электрондар саны туралы қорытынды жасауға
болады.
Әдетте термоэлектрондық эмиссия құбылысын қарапайым екі
электродты шам (диод) арқылы зерттеуге болады. Сонда анодтық
токтың (I, U) анодтық кернеуге тәуелділігін орыс физигі С.А. Богуславсий
(1883-1923 жылдар) және американ физигі И. Ленгмюр (1881-1957 жылдар)
мына формула арқылы өрнектеді:

J=CU2

Мұндағы С – пропорционалдық коэффициент электродтардың (катод пен
анодтың) формасы мен мөлшеріне, сол сияқты олардың өзара орналасуына
тәуелді. Кейде бұл заңдылықты екіден үш заңы деп те атайды.
Вакуум – сиретілген орта, онда молекулалар санының аздығы сонша,
олардың соқтығысу мүмкіндігі болар-болмас. Кәдімгі жағдайда ол
электр тоғын өткізбейді. Егер зарядтарды сырттан енгізіп және
күшті электр өрісін тудырса, онда вакуумде ток пайда болады.
Ауасы сорылып алынған құтыға қыздыру қылын дәнекерлейді де, оны
ток көзіне қосады. Электр тоғы өткенде пайда болатын жоғары
температураның әсерінен электрондар металл қылдан босап ұшып
шығады. Кейбір қыздыру қылынан ұшып шыққан электрондар
металға қайтадан оралуы мүмкін. Демек, қыздырылған қылдың
төңірегін әрқашан еркін электрондардың белгілі бір мөлшері қоршап
тұрады. Егер де құтыға тағы бір электродты дәнекерлеп және
олардың арасында потенциалдар айырымын тудырса, онда
электрондар бағытталып, қозғала бастайды және электр тоғы
пайда болады.
Вакуумдегі электр тогы
Вакуумдегі электр тоғы дегеніміз – термоэлектрондық эмиссия
нәтижесінде алынған электрондардың бағытталған қозғалысы.
Тәуелді өткізгіштің бір шекті жағдайы есебінде вакуум арқылы өтетін
электрондық тоқты алып қарауға болады, ал вакуум кеңістікте,
қалдық газ қысымы сонша аз болғандықтан, электрондардың орташа
еркін жолының ұзындығы электрондардың ара қашықтығынан үлкен.
Ыстық катод пен анод арасында шығарылған таза электрондық ток
Ом заңына бағынбайды. Iқ қанығу тоғымен салыстырғанда, одан кіші I
ток үшін Богуславсий-Ленгмюр формуласы орынды екені айтылған еді:

I=ɑ(V1-V2)3\2
Газдардағы электр тогы
Газдардағы электр разрядтары, газдық разрядтар
– электр өрісінің әсерінен газдар арқылы электр
тоғының өтуі. Газда металл мен сұйықтағыдай
бос зарядтар (электрондар мен иондар) болмайды.
Газдар, негізінен, бейтарап атомдар мен
молекулалардан тұратындықтан, олар қалыпты
жағдайда электр тоғын өткізбейтін
диэлектриктер қатарына қосылады. Сондықтан
газ ішіндегі электр тоғы қатты өткізгіштер мен
электролиттердегі тоққа мүлде ұқсамайтын бір
қатар ерекше құбылыстар туғызады. Газ арқылы
электр тоғы өтү үшін, оны иондау (яғни оның
ішінде жеткілікті мөлшерде зарядты
бөлшектердің пайда болуы) керек. Мұндай
зарядты бөлшектер кейбір фактордың әсерінен
пайда болады немесе газға сырттан енгізіледі; не
болмаса электродтар арасындағы электр өрісінің
әсерінен пайда болады. Осындай әсерлер
нәтижесінде газда электр тоғының пайда болуын
газдық разрядтар деп атайды.
Егер иондалу тек сыртқы ионизатордың әсерімен ғана жүзеге
асырылса, ал өріс кернеулігі өте аз және разрядтық аралықтың
көлденеңі тым үлкен (зарядтың еркін жол ұзындығы мен
электродтар арасындағы қашықтықпен салыстырғанда) болса,
онда зарядтар негізінен көлемдік рекомбинация процесінің
әсерінен бейтараптанады. Бұл жағдайда зарядтартың пайда
болу және бейтараптану процестерінің тепе-теңдік шарты
мынадай болады:

N=αn²V,

мұндағы
α – рекомбинация коэффициенті,
V – разрядтық аралықтың көлемі,
N – сыртқы ионизатр әсерінен уақыт бірлігі ішінде пайда
болатын қос зарядтар саны,
n – заряд концентрациясы. Бұл жағдайда заряд концентрациясы
тұрақты болып қала береді.
Дербес разряд кезінде газ электрондық соққы нәтижесінде иондалады.
Бұл процесте электродтар арасындағы электрондардың көршілес екі
соғыстығысу аралығындағы энергиясы электр өрісінің жұмысы
есебінен артады. Электродтар арасындағы потенциалдар айырмасы
артқан сайын өріс кернеулігі де артады. Бұл кезеңде кезекті соқтығысу
алдындағы электронның кинетикалық энергиясы өріс кернеулігі мен
электронның еркін жол ұзындығына тура пропорционал:

mv²/ 2 = qV = qEλ

мұндағы
λ – кезекті екі соқтығысу арасындағы электрондардың еркін жолының
орташа ұзындығы.
Бейтарап атомды (молекуланы) иондау үшін А¡ жұмыс атқару керек.

mv²/2 ≥ А¡ - атоммен соқтығысқан электрон оны иондайды, яғни бір
электронның орнына екі электрон (атомға соғылған және одан бөлініп
шыққан) пайда болады
Электролиз
Электролиз – еріген немесе балқыған электролитке батырылған
электродтарда электр тогы әсерінен жүретін химиялық реакция.
Электролиттер арқылы өткен электр тогы химиялық энергияға
айналады. Электролиз электролитпен толтырылған ыдысқа екі
электрод орналастырып, оларды тұрақты ток көзінің полюстеріне
жалғастыру нәтижесінде өтеді. Электролиз аппараттарын
электролизерлер, электролиттік ванналар деп атайды.
Фарадей заңдары
Фарадейдің бірінші заңы «Электр тогының электролит ерітіндісі
арқылы өькендегі электродта бөлінетін зат массасы электр көлеміне
тура пропорционалды болады».
∆m=kq
Мұндағы ∆m-реакцияға түскен заттың мөлшері; Q- электр мөлшері; kэ-
электр мөлшерінің бірлігіне қанша зат әсер еткенін көрсететін
пропорционалдық коэффициент. k мөлшері электрохимиялық
эквивалент деп аталады.
k=M/(Naz|e|)
мұндағы z ион валенттілігі; М электродта бөлінген заттың молярлық
массасы; Na Авогадро тұрақтысы, |e|=1,6•10-19 Кл.
Фарадейдің екінші заңы Фарадейдің екінші заңы бойынша, өткен
электрдің берілген мөлшерінде реакцияға түскен заттардың
массаларының қатынасы олардың химиялық эквиваленттерінің
қатынасына тең:
∆m1\A1=∆m2\A22=∆m3\A3=const

Ұқсас жұмыстар

Суреті Атауы Шартты Қызметі Өлшем белгісі бірлігі

Ток күші

Электр тогының жұмысы

Ток көзі

Электрлік тізбек және оның элементтері

Еркін электр зарядтарын тасымалдаушылардың реттелген қозғалысы

Электр қорғау құрылғылары оқу және оларды пайдалану ережелері

Металдар мен электролитт ердегі электр тогы

МЕТАЛЛ МАТЕРИАЛДАР

Тұрақты ток

Пәндер