Электрический ток в газах.

Билет №13

1.Если тело под действием силы переместилось на некоторое расстояние, то говорят, что сила совершила работу. И величина работы будет тем больше, чем больше величина силы перемещения, совершенного телом в направлении действия силы. Поэтому работу определяют по произведению силы на перемещение, совершенное телом в направлении действия силы: A= F* S

Энергия - скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Энергия бывает кинетической и потенциальной.

Кинетическая энергия -энергия механической системы, зависящая от скоростей движения её точек. Часто выделяют кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. Единица измерения в СИ — джоуль. Более строго, кинетическая энергия есть разность между полной энергией системы и её энергией покоя; таким образом, кинетическая энергия — часть полной энергии, обусловленная движением.

Потенциальная энергия — скалярная физическая величина, характеризует запас энергии некоего тела (или материальной точки), находящегося в потенциальном силовом поле, который идет на приобретение (изменение) кинетической энергии тела за счет работы сил поля.

Закон сохранения энергии: энергия в замкнутой системе тел может переходить от одного тела к другому из одного вида в другой а полная механическая энергия в замкнутой системе остается неизменной.

2. Первый Закон Фарадея: масса вещества, выделяющегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, протекшего через раствор:m=kqили m=kIt

Второй закон Фарадея: электрохимические эквиваленты различных веществ прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.

Для выделения на электроде одного химического эквивалента ионов любого вида нужно пропустить через электролит одинаковый заряд. Этот заряд принято называть постоянной Фарадея и обозначить символом F:

F=9,65 *  Кл/моль.

Растворы солей, кислот и оснований называются электролитами. При протекании электрического тока через раствор электролитов вместе с зарядом всегда переносится вещество (это явление называется электролизом). Электрической диссоциацией называется расщепление в воде солей, кислот и щелочей на положительные и отрицательные ионы. Растворы электролитов всегда содержат некоторое число ионов: катионов (положительных ионов) и анионов (отрицательных ионов).Электрический ток в растворах (или расплавах) электролитов представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях.

Электролиз нашел широкое применение в технике, например в металлургии, химической промышленности и т. д.

1. Покрытие металлов слоем другого металла при помощи электролиза (гальваностегия). Для предохранения металлов от окисления, а также для придания изделиям прочности и лучшего внешнего вида их покрывают тонким слоем благородных металлов.

2. Получение копий с предметов при помощи электролиза (гальвано­пластика).

3. Рафинирование (очистка) металлов.

Электрический ток в газах.

Ионизаторами газа могут быть: высокая температура, излучения: рентгеновское, ультрафиолетовое, альфа-излучение. Подвижными носителями заряда в ионизированном газе являются свободные электроны и ионы (как положительные, так и отрицательные). Поэтому проводимость ионизированного газа оказывается частично ионной и частично электронной.  Разряд в газе, который происходит только под действием постороннего ионизатора, называют несамостоятельным (тихим). Разряд в газе, который может происходить без воздействия постороннего ионизатора, называют самостоятельным.

Искровым называют разряд газа, происходящий при высоком напряжении, достаточном для образования лавинного пробоя. Коронный разряд происходит в газе, когда ударная ионизация возникает не во всем пространстве, занятом полем, а лишь вблизи электродов или проводов, где напряженность поля наиболее высокая. Разряд в разреженном газе, сопровождающийся свечением, называют тлеющим. Газ, в котором значительная часть атомов или молекул ионизирована, называют плазмой.

= е    

Билет №14

1. Вакуум - это такая степень разрежения газа, при которой соударений молекул практически нет;

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. При высокой температуре отрицательного электрода происходит термоэлектронная эмиссия, создающая значительное число свободных электронов в газе.

Простейшую электронную лампу с двумя электродами называют двухэлектродной лампой, или диодом.

Вольтамперная характеристика вакуумного диода.

Электронную лампу с сеткой называют трех-электродной лампой, или триодом.

Электронно - лучевая трубка (ЭЛТ) - используются явления термоэлектронной эмиссии и свойства электронных пучков.

ЭЛТ состоит из электронной пушки, горизонтальных и вертикальных отклоняющих

пластин-электродов и экрана.

Датой открытия электрона считается 1897 год, когда Томсоном был поставлен эксперимент по изучению катодных лучей. Первые снимки треков отдельных электронов были получены Чарльзом Вильсоном при помощи созданной им Камеры Вильсона.

Опыт Милликена и Иоффе

К концу ХIХ века в ряде самых разнообразных опытов было установлено, что существует некий носитель отрицательного заряда, который назвали электроном.Эта минимальная величина минимальный или элементарный отрицательный электрический заряд. Этот заряд всегда уходил не сам по себе, а вместе с частицей вещества. Так и был сделан вывод о существовании маленькой частицы вещества, несущей на себе неделимый электрический заряд, заряд электрона.

2) Термодинамика -отдел физики, изучающий теплоту и закономерности теплового движения. Первый закон термодинамики – изменение определенной энергии не зависит от процесса и определяется только начальным и конечным состоянием системы. Q = ΔU + A.Если работа совершается внешними силами над термодинамической системой, то, обозначив ее A', первый закон термодинамики можно записать в виде уравнения: Q + A' = ΔU. Под вечным двигателем первого рода понимают устройство, которое могло бы совершать неограниченную работу без затраты энергии.

Внутренняя энергия тела может изменяться, если действующие на него внешние силы совершают работу (положительную или отрицательную). Например, если газ подвергается сжатию в цилиндре под поршнем, то внешние силы совершают над газом некоторую положительную работу A'. В то же время силы давления, действующие со стороны газа на поршень, совершают работу A = –A'. Если объем газа изменился на малую величину ΔV, то газ совершает работу pSΔx = pΔV, где p – давление газа, S – площадь поршня, Δx – его перемещение.

При расширении работа, совершаемая газом, положительна, при сжатии – отрицательна. В общем случае при переходе из некоторого начального состояния (1) в конечное состояние (2) работа газа выражается формулой:

С помощью первого закона термодинамики можно делать важные заключения о характере протекающих процессов.

Изохорный процесс. При изохорном процессе объем не меняется и поэтому работа газа равна нулю. ΔU = Q.

Изотермический процесс. При изотермическом процессе (T = const) внутренняя энергия идеального газа не меняется. Q = A'. 

Изобарный процесс. При изобарном процессе согласно формуле передаваемое системе количество теплоты идет на изменение внутренней энергии системы и совершение работы при постоянном давлении.

Процесс, протекающий в теплоизолированной системе, называется адиабатным.

Условия протекания адиабатного процесса:

1.Система должна находится в оболочке, не проводящей тепло (термос)

2.Процесс должен протекать быстро, чтобы теплота не успевала передаваться в окружающую среду.

3.Процесс должен протекать в больших объемах газа (атмосфера), когда изменение параметров газа в отдельных малых областях не отражается на ходе процесса.

Билет №15

1) Газовый термометр — прибор для измерения температуры, основанный на законе Шарля. В широких пределах изменений концентраций газов и температур и малых давлениях температурный коэффициент давления разных газов примерно одинаковый, поэтому способ измерения температуры с помощью газового термометра оказывается мало зависящим от свойств конкретного вещества, используемого в термометре в качестве рабочего тела. Наиболее точные результаты получаются, если в качестве рабочего тела использовать водород или гелий .Абсолютная шкала температуры называется так, потому что мера основного состояния нижнего предела температуры — абсолютный ноль, то есть наиболее низкая возможная температура, при которой в принципе невозможно извлечь из вещества тепловую энергию.Абсолютный ноль определён как 0 K, что равно −273,15 °C и -459,67 °F. Шкала температур Кельвина — это шкала, в которой начало отсчёта ведётся от абсолютного нуля. T = t +273. Кельвин предложил лишь одну реперную точку- температуру, при которой полностью прекращается поступательное движение молекул теле, и принял ее равной 0 К. Данную температуру называют абсолютным нулем температур. Это самая низкая температура, которую нельзя получить даже теоретически. Все остальные температуры будут только положительными.

2) Проводники – вещества, хорошо проводящие ток. Диэлектрики - вещества, плохо проводящие ток. Полупроводники – вещества, проводимость которых оказалось промежуточной между проводниками и диэлектриками. К классу полупроводников относятся вещества с ковалентной связью. Проводимость полупроводников сильно зависит от температуры и освещенности.

В чисто полупроводнике всегда имеется равное количество свободных электронов и дырок. Поэтому проводимость чистых полупроводников наполовину дырочная, а наполовину электронная. Такая проводимость называется собственной проводимостью полупроводников.

Примесь, создающую в полупроводнике свободные электроны, называют донорной (дающей), или примесью n-типа.

Примесь, создающую проводимость р-типа, называют акцепторной (принимающей), или примесью р-типа.

Электронно-дырочный переход (или p – n переход) – это область контакта двух полупроводников с разными типами проводимости.

Способность p – n перехода пропускать ток практически только в одном направлении используется в полупроводниковых диодах. Их изготавливают из кристаллов кремния или германия. Для этого в кристалл с каким-либо типом проводимости вплавляют примесь, обеспечивающую другой тип проводимости. Полупроводниковые диоды используются в выпрямителях для преобразования переменного тока в постоянный. Преимущества: малые размеры, длительный срок службы и механическая прочность.

Полупроводниковые приборы е с одним, а с двумя p – n переходами называются транзисторами (Transfer - переносить, resistor- сопротивление).

Если в цепь эмиттера включить источник переменного напряжения, то на резисторе R, включенном в цепь коллектора, также возникает переменное напряжение, амплитуда которого может во много раз превышать амплитуду входного сигнала. Это означает, что транзистор выполняет роль усилителя переменного напряжения.

Микроэлектроника — это подраздел электроники, связанный с изучением и производством электронных компонентов с геометрическими размерами характерных элементов порядка нескольких микрометров и меньше. Интегральной микросхемой называют совокупность большого числа взаимосвязанных элементов- сверхмалых диодов, транзисторов, конденсаторов, резисторов, соединительных проводов, изготовленных в едином технологическом процессе на одном кристалле.

Билет №16

1) Основное положениемолекулярно-кинетической теории: Все тела состоят из микрочастиц атомов и молекул (делимость вещества, сжимаемость газов, закон кратных отношений), микрочастицы в теле непрерывно и хаотично движутся(занимают любо объем, давление газа на стенки сосуда, броуновское движение, диффузия), микрочастицы в теле взаимодействуют друг с другом(прочность тел, упругие деформации).

Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества называют физическую величину, показывающую во сколько раз масса молекулы (или атома) данного вещества больше 1/12 массы атома углерода:

Количество вещества ν – это физическая величина, показывающая, во сколько раз число молекул в данном теле больше, чем число атомов в 12г углерода: (моль)

1 моль - это такое количество вещества, которое содержит столько же молекул, сколько атомов содержится в 12г углерода.

Молярная масса вещества – это масса вещества, взятого в количестве одного моля:

2)В зависимости от условий тела могут находиться в жидком, твердом или газообразном состоянии. Эти состояния называются агрегатными состояниями вещества.

Переход из одного агрегатного состояния в другое называется фазовым переходом. Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Переход вещества из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией. Количество теплоты, которое выделяется при кристаллизации тела либо поглощается телом при плавлении, отнесенное к единице массы тела, называется удельной теплотой плавления (кристаллизации) λ:

Q = λm.

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией. Количество теплоты, необходимое для парообразования (выделяющееся при конденсации):

Q = Lm,

где L – удельная теплота парообразования (конденсации).

Парообразование, происходящее с поверхности жидкости, называется испарением. Испарение может происходить при любой температуре. Переход жидкости в пар, происходящий по всему объему тела, называется кипением, а температуру, при которой жидкость кипит, – температурой кипения. Если количество молекул, покидающих жидкость, равно количеству молекул, возвращающихся в жидкость, то говорят, что наступило динамическое равновесие между жидкостью и ее паром. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.Насыщенный пар — пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью (испарение равно конденсации).

Абсолютная влажность воздуха ρ показывает плотность водяного пара. Относительной влажностью воздуха φ называют отношение абсолютной влажности воздуха ρ к плотности ρ0 насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах:

 

Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.

Билет №17

1) Первый закон Ньютона: Если на тело не действуют силы или их действие скомпенсировано, то данное тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии действия на него других тел называется инерцией.Масса тела – количественная мера его инертности. В СИ она измеряется в килограммах.

Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона, называются инерциальными. Системы отсчета, движущиеся относительно инерциальных с ускорением, называются неинерциальными.

Сила – количественная мера взаимодействия тел. Сила – векторная величина и измеряется в ньютонах (Н). Сила, которая производит на тело такое же действие, как несколько одновременно действующих сил, называется равнодействующей этих сил.

Второй закон Ньютона: Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе:

или .

Если два тела взаимодействуют друг с другом, то ускорения этих тел обратно пропорциональны их массам.

Третий закон Ньютона:Силы, с которыми тела взаимодействуют друг с другом, равны по модулю и направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны.

2)Для упрощения расчетов сложных электрических цепей, содержащих неоднородные участки, используются правила Кирхгофа, которые являются обобщением закона Ома на случай разветвленных цепей.

В разветвленных цепях можно выделить узловые точки (узлы), в которых сходятся не менее трех проводников. Токи, втекающие в узел, принято считать положительными; вытекающие из узла – отрицательными.

 Узел электрической цепи. I1, I2 > 0; I3, I4 < 0

В узлах цепи постоянного тока не может происходить накопление зарядов. Отсюда следует первое правило Кирхгофа: Алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю:

I1 + I2 + I3 +... + In = 0.

Второе правило Кирхгофа можно сформулировать так: алгебраическая сумма произведений сопротивления каждого из участков любого замкнутого контура разветвленной цепи постоянного тока на силу тока на этом участке равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.

Первое и второе правила Кирхгофа, записанные для всех независимых узлов и контуров разветвленной цепи, дают в совокупности необходимое и достаточное число алгебраических уравнений для расчета значений напряжений и сил токов в электрической цепи. Для цепи, изображенной на рис. 1.10.2, система уравнений для определения трех неизвестных токов I1, I2 и I3 имеет вид:

I1R1 + I2R2 = – Eds1 – Eds2,

– I2R2 + I3R3 = Eds2 + Eds3,

– I1 + I2 + I3 = 0.