УРОК №
18.03.2024 ГРУППА 601. ФИЗИКА. ТЕМА «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ»
Жидкости в степени электропроводности делятся на диэлектрики (дистиллированная вода), проводники (электролиты), полупроводники (расплавленный селен).
Электролит представляет собой проводящую жидкость (растворы кислот, щелочей, солей и расплавленных солей).
Электролитическая диссоциация представляет собой разложение молекул электролита на ионы при растворении в воде или плавлении.
Степень диссоциации - это доля молекул, которые распадаются на ионы. Электропроводность электролитов является ионной. Прохождение электрического тока связано с переносом вещества.
Электролиз - процесс выделения на электроде вещества, связанного с окислительно-восстановительными реакциями.
Закон электролиза открыт в 1833 году Майклом Фарадеем.
Закон Фарадея: Масса вещества, выделившегося на электроде за время ∆
при прохождении электрического тока, пропорционально силе тока и времени. m = kI∆t, где:
m – масса вещества, выделившегося на электродах
K –электрохимический эквивалент вещества
I - сила тока
∆ t - промежуток времени
где m – масса кг
n – валентность металла
Nа - Число Авогадро , равное 6,02 ∙1023 моль-1
е - заряд электрона, равный 1,6∙10 -19 Кл
Применение электролиза:
1. получение чистых металлов (очистка от примесей).
Так, полученную из руды неочищенную медь оставляют в форме толстых листов, которые затем помещают в ванну в качестве анода. При электролизе медь анода растворяется, примеси, содержащие редкие металлы, выпадают на дно, а на катоде оседает чистая медь. Таким образом получают Алюминий.
2. гальваностегия (никелирование, хромирование и т. д.);
3. гальванопластика, то есть получение отслаивающихся покрытий (рельефные копии). Этот метод был разработан русским учёным Б.С. Якоби, который впервые применил этот способ для изготовления полых фигур для Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге.
Примеры и разбор решения заданий:
1. Источник тока присоединили к двум пластинам, опущенным в раствор поваренной соли. Сила тока в цепи равна 0,3 А. Какой заряд проходит между пластинами в ванне за 7 минут?
Решение: Сила тока равна отношению заряда ко времени, в течение которого этот электрический заряд прошёл по цепи:
I = g/ t, отсюда g = I∙ t
Подставив числовые значения, переведя время в СИ, получим q = 126 Кл.
Правильный ответ: q = 126 Кл.
2. В процессе электролиза из водного раствора хлорида железа-2 выделилось 840 мг железа. Какой заряд прошёл через электролитическую ванну?
Решение: Из формулы находим заряд g, равный заряду электрона е:
m = k g
g = m /k = m ∙e ∙ N А / М
Подставляем значения и получаем:
q = 840 · 10-6· 1,6 · 10-19 · 2 · 6,02 · 1023 / 0,056 = 2880 Кл.
Ответ: g =2880 Кл.
ЗАДАНИЕ - выполнить тест
ТЕСТ. «Электрический ток в жидкостях».
1.Электролитической диссоциацией называется
А) объединение ионов разных знаков в нейтральные молекулы
Б) образование положительных и отрицательных ионов при растворении веществ в жидкости
В) процесс выделения на электродах веществ, входящих в состав электролита
2. Укажите верный ответ. Степень диссоциации зависит
А) от температуры
Б) от концентрации раствора
В) от электрических свойств растворителя
Г) все вышеперечисленное верно
3. С увеличение температуры электролита, его электропроводность
А) увеличивается
Б) уменьшается
В) не изменяется
4. Жидкости могут обладать
А) только электронной проводимостью
Б) только ионной проводимостью
В) как электронной, так и ионной проводимостью
5. При электролизе металл оседает
А) на катоде
Б) на аноде
6. Первое применение электролиза произошло
А) в 1830 году
Б) в 1838 году
В) в 1812 году
7. Формула первого закона Фарадея для электролиза:
А) k=mIt
Б) m=Ikt
В) g=mIk
8. Рекомбинацией называется
А) объединение ионов разных знаков в нейтральные молекулы
Б) процесс выделения на электродах веществ, входящих в состав электролита
В) образование положительных и отрицательных ионов при растворении веществ в жидкости
9/ Чем являются свободные заряды в электролитах?
А) электроны
Б) ионы молекулы воды, разорванной электрическим полем
В) дырки
10. Электрохимический эквивалент выражается
А) в кг Б) в Кл в) в кг/Кл
14.03.2024 ГРУППА 601. ТЕМА « Электрический ток в газах. Электрический ток в вакууме.»
В обычных условиях газ - это диэлектрик (R
), т.е. состоит из нейтральных атомов и молекул и не содержит свободных носителей электрического тока.
Газ-проводник - это ионизированный газ, он обладает электронно-ионной проводимостью.
Воздух- диэлектрик | Воздух-проводник |
линии электропередач воздушный конденсатор контактные выключатели | молния электрическая искра дуга при сварке |
Ионизация газа - это распад нейтральных атомов или молекул на положительные ионы и электроны под действием ионизатора (ультрафиолетовое, рентгеновское и радиоактивное излучения; нагрев)
и объясняется распадом атомов и молекул при столкновениях на высоких скоростях.
Газовый разряд – прохождение электрического тока через газ. Газовый разряд наблюдается в газоразрядных трубках (лампах) при воздействии электрического или магнитного поля.
Рекомбинация заряженных частиц
Газ перестает быть проводником, если ионизация прекращается, это происходит вследствие рекомбинации (воссоединения противоположно
заряженных частиц). Виды газовых разрядов: самостоятельный и несамостоятельный.
Несамостоятельный газовый разряд — это разряд, существующий только под действием внешних ионизаторов
Газ в трубке ионизирован, на электроды подается
напряжение (U) и в трубке возникает электрический ток(I).
При увеличении U возрастает сила тока I
Когда все заряженные частицы, образующиеся за секунду, достигают за это время электродов (при некотором напряжении (U*), ток достигает насыщения (Iн). Если действие ионизатора прекращается, то прекращается и разряд (I= 0).
Самостоятельный газовый разряд — разряд в газе, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора за счет ионов и электронов, возникших в результате ударной ионизации (= ионизации электрического удара); возникает при увеличении разности потенциалов между электродами (возникает электронная лавина).
При некотором значении напряжения (Uпробоя) сила тока снова
возрастает. Ионизатор уже не нужен для поддержания разряда.
Происходит ионизация электронным ударом.
Несамостоятельный газовый разряд может переходить в самостоятельный газовый разряд при Uа = U зажигания.
Электрический пробой газа - переход несамостоятельного газового разряда в самостоятельный.
Типы самостоятельного газового разряда:
1. тлеющий - при низких давлениях (до нескольких мм рт.ст.) - наблюдается в газосветных трубках и газовых лазерах. (лампы дневного света)
2. искровой - при нормальном давлении (P =P атм)и высокой напряженности электрического поля Е (молния - сила тока до сотен тысяч ампер).
3. коронный - при нормальном давлении в неоднородном электрическом поле (на острие, огни святого Эльма).
4. дуговой - возникает между близко сдвинутыми электродами - большая плотность тока, малое напряжение между электродами, (в прожекторах, проекционной киноаппаратуре, сварка, ртутные лампы)
Плазма - это четвертое агрегатное состояние вещества с высокой степенью ионизации за счет столкновения молекул на большой скорости при высокой температуре; встречается в природе: ионосфера – слабо ионизированная плазма, Солнце - полностью ионизированная плазма; искусственная плазма – в газоразрядных лампах.
Плазма бывает: 1. - низкотемпературная Т < 105 К; 2. - высокотемпературная» Т > 105 К.
Основные свойства плазмы:
- высокая электропроводность;
- сильное взаимодействие с внешними электрическими и магнитными полями.
При Т = 20∙ 103 ÷ 30∙ 103 К любое вещество - плазма. 99% вещества во Вселенной - плазма.
Электрический ток в вакууме.
Вакуум – сильно разреженный газ, соударений молекул практически нет, длина
свободного пробега частиц (расстояние между столкновениями) больше размеров сосуда
(Р « Р~10
(ток – движение электронов), сопротивление практически отсутствует (R
).
В вакууме:
- электрический ток невозможен, т.к. возможное количество ионизированных молекул не может обеспечить электропроводность;
- создать электрический ток в вакууме можно, если использовать источник заряженных частиц;
- действие источника заряженных частиц может быть основано на явлении термоэлектронной эмиссии.
Термоэлектронная эмиссия - явление вылета свободных электронов с поверхности нагретых тел, испускание электронов твердыми или жидкими телами происходит при их нагревании до температур, соответствующих видимому свечению раскаленного металла. Нагретый металлический электрод непрерывно испускает электроны, образуя вокруг себя электронное облако.
В равновесном состоянии число электронов, покинувших электрод, равно числу электронов, возвратившихся на него (т.к. электрод при потере электронов заряжается положительно). Чем выше температура металла, тем выше плотность электронного облака.
Электрический ток в вакууме возможен в электронных лампах. Электронная лампа - устройство, в котором применяется явление термоэлектронной эмиссии.
Вакуумный диод.
Вакуумный диод - это двухэлектродная (А- анод и К - катод) электронная лампа. Внутри стеклянного баллона создается очень низкое давление (10-6 ÷10-
с “+” источника тока, а катод с “–”, то в цепи протекает постоянный термоэлектронный ток. Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью.
Т.е. ток в аноде возможен, если потенциал анода выше потенциала катода. В этом случае электроны из электронного облака притягиваются к аноду, создавая электрический ток в вакууме.
ВАХ (вольтамперная характеристика) вакуумного диода.
|
|
При малых напряжениях на аноде не все электроны, испускаемые катодом, достигают анода, и ток небольшой. При больших напряжениях ток достигает насыщения, т.е. максимального значения. Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью и используется для выпрямления переменного тока.
Электронные пучки - это поток быстро летящих электронов в электронных лампах и газоразрядных устройствах.
Свойства электронных пучков:
- отклоняются в электрических полях;
- отклоняются в магнитных полях под действием силы Лоренца;
- при торможении пучка, попадающего на вещество, возникает рентгеновское излучение;
- вызывает свечение (люминесценцию) некоторых твердых и жидких тел (люминофоров );
- нагревают вещество, попадая на него.
Электронно - лучевая трубка ( ЭЛТ )
- используются явления термоэлектронной эмиссии и свойства электронных пучков.
Состав ЭЛТ: электронная пушка, горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины-электродов и экран.
В электронной пушке электроны, испускаемые подогревным катодом, проходят через управляющий электрод-сетку и ускоряются анодами. Электронная пушка фокусирует электронный пучок в точку и изменяет яркость свечения на экране. Отклоняющие горизонтальные и вертикальные пластины позволяют перемещать электронный пучок на экране в любую точку экрана. Экран трубки покрыт люминофором, который начинает светиться при бомбардировке его электронами.
Существуют два вида трубок:
1. с электростатическим управлением электронного пучка (отклонение электронного пучка только электрическим полем)
2. с электромагнитным управлением (добавляются магнитные отклоняющие катушки).
Основное применение ЭЛТ: кинескопы в телеаппаратуре; дисплеи ЭВМ; электронные осциллографы в измерительной технике.
В каком из перечисленных ниже случаев наблюдается явление термоэлектронной эмиссии?
А. Ионизация атомов под действием света. Б. Ионизация атомов в результате столкновений при высокой температуре. В. Испускание электронов с поверхности нагретого катода в телевизионной трубке. Г. При прохождении электрического тока через раствор электролита.
ЗАДАНИЕ:
1. Сделайте конспекты этих тем
2.Ответьте на вопросы:
а)Для какой цели в электронных лампах создают вакуум?
б)Наблюдается ли термоэлектронная эмиссия в диэлектриках?
в) Как осуществляется управление электронными лучами?
г) Как устроена электронно-лучевая трубка?
14.03.2024. ФИЗИКА. ТЕМА "ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ"
Полупроводник - это вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры., а это значит, что электрическая проводимость (1/R ) увеличивается. - наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений.
Механизм проводимости у 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 электрического .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
Существуют:
1) донорные примеси (отдающие) - являются дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике. Это проводники " n " - типа, т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда - электроны, а неосновной - дырки. Такой полупроводник обладает электронной примесной проводимостью
Например - мышьяк.
2. акцепторные примеси ( принимающие ) - создают "дырки", забирая в себя электроны. Это полупроводники " p "- типа, т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда - дырки, а неосновной - электроны. Такой полупроводник обладает дырочной примесной проводимостью.
Например - индий.
Электрические свойства "p-n" перехода.
"p-n" переход (или электронно-дырочный переход) - область контакта двух полупроводников, где происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот). В кристалле полупроводника введением примесей можно создать такие области.
В зоне контакта двух полупроводников с различными проводимостями будет проходить взаимная диффузия. электронов и дырок и образуется запирающий электрический слой. Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с другими областями полупроводника.
Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя. При прямом (пропускном) направлении внешнего эл.поля эл.ток проходит через границу двух полупроводников. Т.к. электроны и дырки движутся навстречу друг другу к границе раздела, то электроны, переходя границу, заполняют дырки. Толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются.
Пропускной режим р-n перехода
При запирающем (обратном) направлении внешнего электрического поля электрический ток через область контакта двух полупроводников проходить не будет. Т.к. электроны и дырки перемещаются от границы в противоположные стороны, то запирающий слой утолщается, его сопротивление увеличивается.
Запирающий режим р-n перехода:
Таким образом, электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью. Полупроводниковые диоды
Полупроводник с одним "p-n" переходом называется полупроводниковым диодом.
При наложении элктричского .поля в одном направлении сопротивление полупроводника велико, обратном - сопротивление мало.
Полупроводниковые диоды - основные элементы выпрямителей переменного тока.
Полупроводниковые транзисторы - также используются свойства" р-n "переходов, - транзисторы используются в схемотехнике радиоэлектронных приборов.
ЗАДАНИЕ:
1. ВНИМАТЕЛЬНО ПРОЧТИТЕ, СДЕЛАЙТЕ КОНСПЕКТ В ТЕТРАДИ.
2.ВЫПОЛНИТЕ ТЕСТ (любой из вариантов)
ТЕСТ « ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ»
ВАРИАНТ №1
1.Сопротивление увеличивается при нагревании у 1)ртути, германия, железа; 2) азота, ртути, железа;
3)ртути, железа, цинка; 4)цинка, германия ,азота.
2.При добавлении донорной примеси в кремний его проводимость становится 1)дырочной ,а полупроводник становится полупроводником р-типа; 2) электронной ,а полупроводник становится полупроводником n-типа;
3) электронной ,а полупроводник становится полупроводником р-типа;
4)дырочной ,а полупроводник становится полупроводником n-типа.
3.Валентность фосфора равна 5.Его можно использовать в качестве
1)донорной примеси; 2) акцепторной примеси; 3) полупроводника.
4. Если р-n-переход надо закрыть, следует область n-типа подключить к
1)отрицательному полюсу источника тока; 2) положительному полюсу источника тока.
5. В качестве выпрямителя можно использовать 1)транзистор; 2)светодиод; 3)диод
ВАРИАНТ №2
1.Сопротивление уменьшается при охлаждении у 1) германия, железа; 2)кремния , железа;
3)ртути, цинка; 4)кремния , германия.
2. В полупроводниках n-типа имеется 1) донорная примесь, в результате чего проводимость становится дырочной ;
2) донорная примесь, в результате чего проводимость становится электронной ;
3) акцепторная примесь, в результате чего проводимость становится дырочной ;
4) акцепторная примесь, в результате чего проводимость становится электронной.
3.Преимущественно дырочную проводимость полупроводнику обеспечит введение
1) акцепторной примеси с валентностью <4; 2) акцепторной примеси с валентностью >4;
3) донорной примеси с валентностью <4; 4) донорной примеси с валентностью >4; .
4. Если р-n-переход надо открыть, следует область n-типа подключить к
1)положительному полюсу источника тока; 2) отрицательному полюсу источника тока.
5. Односторонней проводимостью обладает 1)транзистор; 2)светодиод; 3)диод
ВАРИАНТ №3
1.Сопротивление увеличивается при охлаждении у 1)ртути, германия; 2) ртути, железа;
3)германия, кремния; 4)кремния ,железа.
2.При добавлении акцепторной примеси в германий его проводимость становится 1)дырочной ,а полупроводник становится полупроводником n-типа; 2) дырочной , а полупроводник становится полупроводником р-типа;
3) электронной ,а полупроводник становится полупроводником р-типа;
4) электронной ,а полупроводник становится полупроводником n-типа.
3.Валентность индия равна 3.Его можно использовать в качестве 1)акцепторной примеси; 2)донорной примеси.;
3) полупроводника.
4. Если р-n-переход надо открыть, следует область р-типа подключить к
1)отрицательному полюсу источника тока; 2) положительному полюсу источника тока.
5. В качестве усилителя можно использовать 1)диод; 2)светодиод; 3)транзистор.
ВАРИАНТ №4
1.Сопротивление уменьшается при нагревании у 1) германия, железа; 2) цинка, железа;
3)кремния , германия; 4)ртути, цинка;
2. В полупроводниках р-типа имеется 1) донорная примесь, в результате чего проводимость становится дырочной ;
2) акцепторная примесь, в результате чего проводимость становится дырочной ;
3) донорная примесь, в результате чего проводимость становится электронной ;
4) акцепторная примесь, в результате чего проводимость становится электронной.
3.Преимущественно электронную проводимость полупроводнику обеспечит введение
1) донорной примеси с валентностью >4; 2) акцепторной примеси с валентностью >4;
3) донорной примеси с валентностью <4; 4) акцепторной примеси с валентностью <4.
4. Если р-n-переход надо закрыть, следует область р-типа подключить к
1)положительному полюсу источника тока; 2) отрицательному полюсу источника тока.
5. Устройством с двумя р-n-переходами является 1)светодиод; 2) диод; 3) транзистор
