Электрический ток в различных средах

МОУ Лицей при ТПУ
Сафьянникова Виктория Игоревна
930группа
Руководитель: Козлова Галина Михайловна
Томск 2011










Цель
Понятие тока
Электрический ток в металлах
Электрический ток в растворах и расплавах
электролитов
Электрический ток в газах
Типы самостоятельных разрядов
Электрический ток в вакууме
Электрический ток в полупроводниках
Проводимости
p-n переход
 Рассмотреть
свойства
электрического тока в
различных средах.


1.
2.
Электрическим током
называют
упорядоченное
движение
электрических
зарядов.
Условия
возникновения
электрического тока:
Наличие свободных
зарядов.
Наличие внешнего
электрического поля.


Все металлы являются
проводниками тока и
состоят из
пространственной
кристаллической решетки,
узлы которой совпадают с
центрами положительных
ионов, а вокруг ионов
хаотически движутся
свободные электроны.
Электрическим током в
металлах называется
упорядоченное движение
свободных электронов.

Мандельштам и Папалекси в
1913г., а Стюарт и Толмен в
1916г. осуществили
экспериментальный опыт: "На
катушку намотана проволока,
присоединенная к
чувствительному
гальванометру. Катушку
приводили во вращение, а
затем резко тормозили. В
момент торможения
гальванометр показывал
кратковременный ток.
Направление тока
свидетельствовало о том, что он
создается движением
электронов.


Сила тока в металлическом проводнике
определяется по формуле:
Где I - сила тока в проводнике, e - модуль
заряда электрона, n0 - концентрация
электронов проводимости, - средняя
скорость упорядоченного движения
электронов, S - площадь поперечного
сечения проводника.



Плотность тока проводимости численно
равна заряду, проходящему за 1с через
единицу площади поверхности,
перпендикулярной направлению тока.
У большинства металлов практически каждый
атом ионизирован. А так как концентрация
электронов проводимости одновалентного
металла равна
Где Na - постоянная Авогадро, A - атомная
масса металла, ρ - плотность металла, то
получаем что концентрация определяется в
пределах 1028 - 1029 м-3.


Сила тока в проводниках
по закону Ома прямо
пропорциональна
напряжению. Такая
зависимость имеет место
для проводников со
строго заданным
сопротивлением ( для
резисторов).
Тангенс угла наклона
графика равен
проводимости
проводника.
Проводимостью
называется величина,
обратная сопротивлению.
Зависимость R от t
Зависимость I от R

Явление распада молекул солей, щелочей и
кислот в воде на ионы противоположных знаков
называют электролитической диссоциацией.
Полученные в следствие распада ионы служат
носителями заряда в жидкости, а сама жидкость
становится проводником.


Следовательно, электрический ток в растворах (расплавах)
электролитов - это направленное перемещение ионов
обоих знаков в противоположных направлениях.
Прохождение электрического тока через раствор
электролита всегда сопровождается выделением на
электродах веществ, входящих в его состав. Это явление
называют электролизом.



Электрическое сопротивление
электролитов зависит от концентрации
ионов, величины заряда иона, от скорости
движения ионов обоих знаков.
Сопротивление электролитов так же
определяется по формуле:
где ρУ - удельное сопротивление
электролита, l - длина жидкого
проводника, S - площадь поперечного
сечения жидкого проводника.
Подчиняется
закону Ома.
E – ЭДС
поляризации.
Зависимость I от R
Зависимость R от t

1. Масса вещества,
выделяемого на
электроде, прямо
пропорциональна
электрическому заряду,
прошедшему через
электролит.
2.
Электрохимический
эквивалент вещества
прямо пропорционален
его химическому
эквиваленту.

При нормальных условиях газы состоят из
нейтральных молекул, а поэтому являются
диэлектриками. Так как для получения
электрического тока необходимо наличие
заряженных частиц, то молекулы газа
следует ионизировать (оторвать
электроны от молекул). Для ионизации
молекул необходимо затратить энергию энергию ионизации.
Ионизация
При нагревании
При облучении

При соударении молекулы
теряют электроны,
превращаясь в
положительно заряженные
ионы.
Электроны,
оторвавшись от
молекулы могут присоединятся
к нейтральным молекулам,
образуя при этом отрицательно
заряженные ионы.
Т.е.
электрический ток в газах - это упорядоченное движение
ионов и электронов под действием электрического поля.




ОА - сила тока
подчиняется закону
Ома
АВ - ток насыщения
BC - лавинообразное
увеличение
количества
заряженных частиц
АС - самостоятельный
разряд (Прохождение
электрического тока
без воздействия
внешнего ионизатора)
Условия
возникн
овения
1.
Тлеющий
разряд
2.
Искровой
разряд
3.
Коронный
разряд
4.
Дуговой
разряд
P(давл.)
Низкое
Атмосфер
ное
Высокое
Атмосфер
ное
U(напр.)
Несколько
сотен В
Несколько
кВ
Неодноро
дное
поле
Большое


В вакууме отсутствуют заряженные частиц, а
следовательно, он является диэлектриком. Т.е.
необходимо создать определенные условия,
которые помогут получить заряженные частицы.
При комнатной температуре свободные
электроны не могут покинуть металл, т. к.
удерживаются в нем силами кулоновского
притяжения. Для преодоления этих сил
электрону необходимо затратить определенную
энергию, которая называется работой выхода.

Испускание электронов из металлов при его нагревании
называют термоэлектронной эмиссией. Для осуществления
термоэлектронной эмиссии в качестве оного из электродов
используют тонкую проволочную нить из тугоплавкого
металла (нить накала). Подключенная к источнику тока
нить раскаляется и с ее поверхности вылетают электроны.
Вылетевшие электроны попадают в электрическое поле
между двумя электродами и начинают двигаться
направленно, создавая электрический ток.
Вакуумный диод
Вакуумный триод




OA - При отсутствии
электрического поля между
катодом и анодом, электроны
образуют у катода
электронное облако. По мере
увеличения U большее
количество электронов
устремляется к аноду, значит
I увеличивается.
AB – Закон Ома сохраняется.
BC – I возрастает быстрее, т.к.
число электронов,
устремляющихся к аноду,
станет больше числа
электронов, вылетающих с
катода.
CD – Ток насыщения.

Полупроводники - вещества,
удельное сопротивление
которых убывает с
увеличением температуры и
зависит от наличия примесей
и изменения освещенности
(германий, кремний)
При нагревании
ковалентная связь
нарушается и атомы
ионизируются. Это
обуславливает
возникновение
свободных электронов и
"дырок"- вакантных
положительных мест с
недостающим
электроном.

В чистом кристалле электрический ток создается
равным количеством электронов и "дырок".
Проводимость, обусловленную движением
свободных электронов и равного им количества
"дырок" в полупроводниковом кристалле без
примесей, называют собственной проводимостью
полупроводника.
Донорная и акцепторная примеси

Проводимость проводников зависит от наличия примесей.
Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорная
примесь - примесь с большей валентностью. Например,
для четырехвалентного кремния донорной примесью
является пятивалентный мышьяк. Четыре валентных
электрона атома мышьяка участвуют в создании
ковалентной связи, а пятый станет электроном
проводимости. Проводимость такого проводника является
электронной, полупроводник является полупроводником
n-типа.


Акцепторная примесь - примесь с меньшей
валентностью.
Проводимость такого проводника является
дырочной, полупроводник является
полупроводником p-типа. "Дырки" являются
основными носителями заряда, электроны неосновными.

При контакте
полупроводников pтипа и n-типа через
границу происходит
диффузия электронов.
Это приводит к
возникновению
запирающего слоя,
препятствующего
дальнейшей
диффузии. p-n
переход обладает
односторонней
проводимостью.

Прямое направление
Обратное
направление


ОВ - пропускное
направление тока,
когда ток создается
основными
носителями зарядов, и
при увеличении
напряжения сила тока
возрастает.
АО - ток, созданный
неосновными
носителями зарядов.
Значения силы тока
невелики.
Зависимость R от t
Зависимость I от R