‘≥зика > ≈лектрони та њх роль в електричному струм≥
- 14 - “од≥ U- E1 =IR . «в≥дки I=U Ц E1 /R . якщо под≥бну п≥дстановку зробити у формулу дл¤ повного кола , то E=IR Ц E1 +Ir +Ir1 , зв≥дки E + E1 = IR + Ir +Ir1 . ÷е р≥вн¤нн¤ в≥доме в≥доме п≥д назвою другого правила ≥ркгофа ≥ Ї узагальненим законом ќма . „итаЇтьс¤ так : у будь-¤кому замкненому контур≥ алгебрањчна сума ус≥х електроруш≥йних сил дор≥внюЇ алгебрањчн≥й сум≥ спад≥в напруг на вс≥х д≥л¤нках кола . - 15 - 5 . „етвертий стан речовини . ѕлазма . ≥льк≥сть стан≥в , у ¤ких може бути речовина , не обмежуЇтьс¤ трьома . ўе ‘арадей понад 140 рок≥в тому говорив про особливий , в≥дм≥нний в≥д звичайного стан Ц про У електротон≥чний У , тобто електрозбуджений стан матер≥њ , а в1879 р. англ≥йський ф≥зик рукс назвав свою допов≥дь так : Уѕро променисту матер≥ю , або „етвертий стан матер≥њ У . ўо ж таке плазма ? ѕлазма Ц це ≥он≥зований газ , у ¤кому густини позитивних ≥ негативних зар¤д≥в практично зб≥гаютьс¤ . ¬ластивост≥ плазми наст≥льки в≥др≥зн¤ютьс¤ в≥д звичайних газ≥в , що ц≥лком справедливо ф≥зики в≥днос¤ть њњ до особливого , четвертого стану речовини . як в≥домо газ поганий пров≥дник електрики . «ар¤джений електроскоп у сухому пов≥тр≥ дуже довго не розр¤джаЇтьс¤ , у м≥сц≥ розриву електричного кола через пов≥тр¤ний пром≥жок струм не проходить ≥ т.д. ўоб середовище могло проводити струм , потр≥бно нос≥њ електричних зар¤д≥в : у металах це електрони , в р≥динах Ц позитивн≥ й негативн≥ ≥они , ¤к≥ утворюютьс¤ в результат≥ електрол≥тичноњ дисоц≥ац≥њ . ўоб зробити газ пров≥дним , потр≥бно спричинити розщепленн¤ його молекул ≥ атом на ≥они й електрони . ≤он≥зац≥ю можна збудити нагр≥ванн¤м ультраф≥олетом ≥ рентген≥вським пром≥нн¤м , ≥ пром≥нн¤м рад≥оактивними речовинами . ƒуже ефективн≥ досл≥ди з св≥т≥нн¤м трубок √ейслера . ” трубках м≥ститьс¤ розр≥джений газ . ѕ≥д д≥Їю високоњ напруги газ у трубках св≥тивс¤ гарним с¤йвом . «алежно в≥д природи газу кол≥р с¤йва р≥зний . ”важно розгл¤даючи св≥т≥нн¤ в темр¤в≥ , можна пом≥тити , що м≥ж рожево-ф≥олетовим св≥тним стовпом , ¤кий ≥де в≥д позитивного електрода , ≥ голубуватим св≥т≥нн¤м навколо катода Ї темний прост≥р . ѕозитивний стовп займаЇ б≥льшу частину трубки . ” пов≥тр≥ , ¤ке заповнюЇ трубку , завжди Ї хоч один позитивний ≥он . ѕ≥д впливом електричного пол¤ в≥н пр¤муЇ - 16 - до катода ≥ вибиваЇ з нього електрон . ƒ≥стаючи прискоренн¤ в≥д електричного пол¤ , цей електрон набуваЇ значноњ енерг≥њ , ≥ п≥д час з≥ткненн¤ його з молекулою утворюЇтьс¤ новий електрон ≥ позитивний ≥он . ≈лектрони , ¤к≥ утворюютьс¤ в такий спос≥б , при достатньому розр≥дженн≥ газу в трубц≥ можуть розривати п≥д час в≥льного проб≥гу досить велику швидк≥сть ≥ розбивати нов≥ молекули . ≥льк≥сть ≥он≥в ≥ електрон≥в лавинопод≥бно зростаЇ . ”дар¤ючись об нейтральн≥ молекули й атоми , вони збуджують њх . ÷е означаЇ , що електрони атом≥в переход¤ть на в≥lдален≥ш≥ в≥д ¤дра орб≥ти , запасаючи додаткову потенц≥альну енерг≥ю . ѕовертаючись на основну орб≥ту , електрони в≥ддають цю енерг≥ю у вигл¤д≥ св≥тла . —пектральн≥ досл≥дженн¤ плазми дають змогу зробити висновок ≥ про њњ структуру . ¬и¤вилас¤ , що в плазм≥ газового розр¤ду швидкост≥ теплового руху електрон≥в ≥ ≥он≥в , а також нейтральних атом≥в дуже в≥др≥зн¤Їтьс¤ . Ќайб≥льшу швидк≥сть хаотичного руху в газорозр¤дн≥й трубц≥ мають електрони . ћаса електрон≥в у тис¤ч≥ й дес¤тки раз менша в≥д маси атома або ≥она , тому п≥д час з≥ткненн¤ з ≥онами чи нейтральними атомами електрони майже не зм≥нюють своЇњ к≥нетичноњ енерг≥њ . ≈лектрони в≥дл≥тають в≥д атом≥в або ≥он≥в под≥бно до того , ¤к в≥длет≥в маленький гумовий мТ¤чик в≥д масивного чавунного ¤дра , не зм≥нюючи н≥ швидкост≥ , н≥ напр¤мку руху ¤дра . ÷е даЇ п≥дставу говорити про власну величезну температуру електронного газу плазми . ’оч св≥т≥нн¤ в газосв≥тн≥й трубц≥ холодне , температура електронного газу дос¤гаЇ сотень тис¤ч градус≥в . “ака газорозр¤дна плазма внасл≥док неоднор≥дност≥ температур њњ складових частин д≥стала назву не≥зотерм≥чноњ . ≤зотерм≥чною плазму називають , коли в н≥й температури електронного й ≥онного газ≥в однаков≥ . «а ф≥зичними властивост¤ми плазма в≥др≥зн¤Їтьс¤ в≥д газу . ¬она маЇ добру електро- ≥ теплопров≥дн≥сть . ѕроте ¤кщо пор≥вн¤ти електропров≥дн≥сть плазми з електропров≥дн≥стю метал≥в, то ви¤вилос¤ суттЇва в≥дм≥нн≥сть . як в≥домо , дл¤ метал≥в залежн≥сть сили струму в≥д напруги визначаЇтьс¤ законом ќма . ƒл¤ плазми закон ќма переважно не застосований . ’арактеристика - 17 - плазми не пр¤ма л≥н≥¤ , а падаюча крива ( мал. є 8 ) . ≤з зростанн¤м температури ≥ зб≥льшенн¤м сили струму зб≥льшуЇтьс¤ ≥ к≥льк≥сть електрон≥в у плазм≥ , а тому напруга , потр≥бна дл¤ розр¤ду , зменшуЇтьс¤ . «меншенн¤ опору плазми може привести до небезпечного зростанн¤ сили струму , тому до плазми посл≥довно приЇднують додатковий резистор . ўодо цього властивост≥ плазми под≥бн≥ до властивостей нап≥впров≥дник≥в . ” нап≥впров≥дник≥в оп≥р, так само ¤к ≥ у плазми , тим б≥льший , чим нижча температура. Ќе≥зотерм≥чна плазма може збер≥гатис¤ т≥льки при на¤вност≥ електричного пол¤ , а ≥зотерм≥чна ст≥йка . ѕостаЇ питанн¤ , ¤к ≥ в ¤к≥й посудин≥ тримати речовину з температурою в сотн≥ тис¤ч ≥ м≥льйон градус≥в ? «давалось би задача нерозвТ¤зна , оск≥льки будь-¤ка речовина при так≥й температур≥ переходить у плазму . ¬и¤вилось , що плазма може бути У п≥дв≥шеною У в магн≥тному пол≥ всередин≥ вакуумноњ камери так , щоб не доторкалось њњ ст≥нок . “≈«» - 1 - 1 . як в≥дкрили електрон ? ≤снуванн¤ найдр≥бн≥ших частинок , що мають найменший електричний зар¤д , доведено багатьма досл≥дами . ¬изначними Ї досл≥ди …оффе ≥ ћ≥лл≥кена , ¤к≥ призвели до в≥дкритт¤ зар¤дженоњ частинки . ќдна з основних властивостей електрона Ц електричний зар¤д . ћаса електрона ≥ його зар¤д сталий . ÷е дов≥в ф≥зик ƒж. “омсон у своњх досл≥дах , в≥н також визначив масу електрона ≥ його зар¤д . ƒл¤ цього в≥н спостер≥гав осадженн¤ в скл¤н≥й посудин≥ хмарки з др≥бненьких вод¤них краплинок , ¤к≥ сконденсувалис¤ з насиченоњ вод¤ноњ пари на ≥онах водню . ¬изначн≥ з ≥стор≥њ ф≥зики досл≥ди “омсона на в≥дхиленн¤ катодного пром≥нн¤ в магн≥тному або електричному пол≥ показали , що катодне пром≥нн¤ Ц це пучок швидких електрично зар¤джених частинок , отже це пот≥к електрон≥в . 2 . ƒрейф електрон≥в в металах . ≤снуванн¤ руху електрон≥в в металах було доведено досл≥дами вчених Ћ .≤ .ћандельштама ≥ ћ .ќ .ѕапалекс≥ , а також —тюартом ≥ “олменом . ¬они визначили , що коли немаЇ зовн≥шнього електричного пол¤ , сумарний зар¤д , що переноситьс¤ в будь-¤кому напр¤м≥ , дор≥внюЇ нулю . ÷е тому , що сума вс≥х негативних зар¤д≥в дор≥внюЇ сум≥ вс≥х позитивних зар¤д≥в . якщо до к≥нц≥в металевого дроту прикласти електричну напругу , то в пров≥днику встановитьс¤ електричне поле . ¬оно д≥¤тиме на електричн≥ зар¤ди й спричинюватиме њх додатковий рух . ”творитьс¤ напр¤млений рух електрон≥в в напр¤мку до позитивного полюса джерела , але при цьому електрони збережуть ≥ безладний рух , отже утворитьс¤ електричний струм . Ўвидк≥сть електрон≥в п≥д д≥Їю струму дуже мала . Ўвидк≥сть електричного струму створюЇтьс¤ не за рахунок швидкост≥ електрон≥в , а завд¤ки швидкост≥ поширенн¤ електромагн≥тного пол¤ . ¬она дор≥внюЇ 300000 км / с . –≥зн≥ речовини неоднаково провод¤ть електричний струм , ц¤ властив≥сть речовини характеризуЇтьс¤ опором . ќп≥р метал≥в залежить також в≥д температури , з п≥двищенн¤м в≥н зб≥льшуЇтьс¤ , бо пробиватис¤ електронам серед ≥он≥в , ¤к≥ швидко коливаютьс¤ важче , н≥ж в тому раз≥ ¤кби ≥они рухалис¤ пов≥льн≥ше . - 2 - 3 . як ќм математично розробл¤в св≥й закон ? ƒосл≥ди проведен≥ ќмом з термоелементом , дали змогу визначити залежн≥сть сили струму в≥д електроруш≥йноњ сили . ÷ей закон записуЇтьс¤ так : I=E/R , де ≤ Ц сила струму , ≈ Ц електроруш≥йна сила , R Ц сума внутр≥шнього ≥ зовн≥шнього опор≥в . ¬≥н прийшов до висновку , що сила струму пр¤мо пропорц≥йна електроруш≥йн≥й ≥ обернено пропорц≥йна довжин≥ шл¤ху , або опору кола . “акож була встановлена залежн≥сть опору в≥д площ≥ поперечного перер≥зу й матер≥алу пров≥дника . ќсь основний його досл≥д , що призв≥в до вищесказаних тверджень . ¬≥н склав термоелемент ≥з з≥гнутих п≥д пр¤мим кутами в≥смутовоњ ≥ м≥дноњ смужок , к≥нц≥ ¤ких скр≥плювались гвинтами . ќдин к≥нець термоелемента був у кипл¤ч≥й вод≥ , а другий Ц обкладали танучим льодом . ¬≥д полюс≥в дротини опускалис¤ в чашки з ртуттю . оло замикали дротинами р≥зноњ довжини , що приЇднувалис¤ до тих самих чашок . —илу струму визначали його д≥Їю на магн≥тну стр≥лку , п≥дв≥шену на нитц≥ над дротиною , що йде в≥д термоелемента . «акручуючи нитку в б≥к , протилежний до в≥дхил¤юч≥й сили струму , вдавалос¤ повернути њњ до початкового положенн¤ , в площину мерид≥ана . 4 . „етвертий стан речовини . ≤снуЇ четвертий стан речовини Ц це плазма або ≥он≥зований газ , в ¤кому густини позитивних ≥ негативних зар¤д≥в зб≥гаютьс¤ . ѕлазма маЇ властив≥сть добре проводити електричний струм ≥ маЇ добру теплопров≥дн≥сть . ѕроте ¤кщо пор≥вн¤ти електропров≥дн≥сть плазми з електропров≥дн≥стю метал≥в , то ви¤витьс¤ р≥зка в≥дм≥нн≥сть . ƒо нењ не застосуЇш закон ќма . ¬ плазм≥ ≥з зростанн¤м температури ≥ зб≥льшенн¤м сили струму зб≥льшуЇтьс¤ ≥ к≥льк≥сть електрон≥в у плазм≥ , а тому напруга , потр≥бна дл¤ розр¤ду , зменшуЇтьс¤ . ¬и¤вилось , що в плазм≥ газового розр¤ду швидкост≥ теплового руху електрон≥в ≥ ≥он≥в дуже в≥др≥зн¤Їтьс¤ . Ќайб≥льшу швидк≥сть хаотичного руху в газорозр¤дн≥й трубц≥ мають електрони . “аку плазму в ¤к≥й ≥снуЇ неоднор≥дн≥сть температур њњ складових частин д≥стала назву не≥зотерм≥чна . ≤зотерм≥чна плазма Ї тод≥ , коли в н≥й температури електронного ≥ ≥онного газ≥в одинаков≥ .
Ќазва: ≈лектрони та њх роль в електричному струм≥
ƒата публ≥кац≥њ: 2005-03-24 (4118 прочитано) |
.gif){kind=spacer}
