Реферати українською

Електрони та їх роль в електричному струмі - Фізика -

Електрони та їх роль в електричному струмі - Фізика - Скачать бесплатно

простір . Позитивний стовп займає більшу частину трубки .

У повітрі , яке заповнює трубку , завжди є хоч один позитивний іон . Під впливом електричного поля він прямує

- 16 -

до катода і вибиває з нього електрон . Дістаючи прискорення від електричного поля , цей електрон набуває значної енергії , і під час зіткнення його з молекулою утворюється новий електрон і позитивний іон . Електрони , які утворюються в такий спосіб , при достатньому розрідженні газу в трубці можуть розривати під час вільного пробігу досить велику швидкість і розбивати нові молекули .

Кількість іонів і електронів лавиноподібно зростає . Ударяючись об нейтральні молекули й атоми , вони збуджують їх . Це означає , що електрони атомів переходять на віlдаленіші від ядра орбіти , запасаючи додаткову потенціальну енергію . Повертаючись на основну орбіту , електрони віддають цю енергію у вигляді світла . Спектральні дослідження плазми дають змогу зробити висновок і про її структуру . Виявилася , що в плазмі газового розряду швидкості теплового руху електронів і іонів , а також нейтральних атомів дуже відрізняється . Найбільшу швидкість хаотичного руху в газорозрядній трубці мають електрони . Маса електронів у тисячі й десятки раз менша від маси атома або іона , тому під час зіткнення з іонами чи нейтральними атомами електрони майже не змінюють своєї кінетичної енергії . Електрони відлітають від атомів або іонів подібно до того , як відлетів маленький гумовий м’ячик від масивного чавунного ядра , не змінюючи ні швидкості , ні напрямку руху ядра . Це дає підставу говорити про власну величезну температуру електронного газу плазми . Хоч світіння в газосвітній трубці холодне , температура електронного газу досягає сотень тисяч градусів . Така газорозрядна плазма внаслідок неоднорідності температур її складових частин дістала назву неізотермічної . Ізотермічною плазму називають , коли в ній температури електронного й іонного газів однакові .

За фізичними властивостями плазма відрізняється від газу . Вона має добру електро- і теплопровідність . Проте якщо порівняти електропровідність плазми з електропровідністю металів, то виявилося суттєва відмінність . Як відомо , для металів залежність сили струму від напруги визначається законом Ома . Для плазми закон Ома переважно не застосований . Характеристика

- 17 -

плазми не пряма лінія , а падаюча крива ( мал. № 8 ) . Із зростанням температури і збільшенням сили струму збільшується і кількість електронів у плазмі , а тому напруга , потрібна для розряду , зменшується . Зменшення опору плазми може привести до небезпечного зростання сили струму , тому до плазми послідовно приєднують додатковий резистор . Щодо цього властивості плазми подібні до властивостей напівпровідників . У напівпровідників опір, так само як і у плазми , тим більший , чим нижча температура.

Неізотермічна плазма може зберігатися тільки при наявності електричного поля , а ізотермічна стійка .

Постає питання , як і в якій посудині тримати речовину з температурою в сотні тисяч і мільйон градусів ? Здавалось би задача нерозв’язна , оскільки будь-яка речовина при такій температурі переходить у плазму . Виявилось , що плазма може бути “ підвішеною “ в магнітному полі всередині вакуумної камери так , щоб не доторкалось її стінок .

ТЕЗИ

- 1 -

1 . Як відкрили електрон ?

Існування найдрібніших частинок , що мають найменший електричний заряд , доведено багатьма дослідами . Визначними є досліди Йоффе і Міллікена , які призвели до відкриття зарядженої частинки . Одна з основних властивостей електрона – електричний заряд . Маса електрона і його заряд сталий . Це довів фізик Дж. Томсон у своїх дослідах , він також визначив масу електрона і його заряд . Для цього він спостерігав осадження в скляній посудині хмарки з дрібненьких водяних краплинок , які сконденсувалися з насиченої водяної пари на іонах водню . Визначні з історії фізики досліди Томсона на відхилення катодного проміння в магнітному або електричному полі показали , що катодне проміння – це пучок швидких електрично заряджених частинок , отже це потік електронів .

2 . Дрейф електронів в металах .

Існування руху електронів в металах було доведено дослідами вчених Л .І .Мандельштама і М .О .Папалексі , а також Стюартом і Толменом . Вони визначили , що коли немає зовнішнього електричного поля , сумарний заряд , що переноситься в будь-якому напрямі , дорівнює нулю . Це тому , що сума всіх негативних зарядів дорівнює сумі всіх позитивних зарядів . Якщо до кінців металевого дроту прикласти електричну напругу , то в провіднику встановиться електричне поле . Воно діятиме на електричні заряди й спричинюватиме їх додатковий рух . Утвориться напрямлений рух електронів в напрямку до позитивного полюса джерела , але при цьому електрони збережуть і безладний рух , отже утвориться електричний струм . Швидкість електронів під дією струму дуже мала . Швидкість електричного струму створюється не за рахунок швидкості електронів , а завдяки швидкості поширення електромагнітного поля . Вона дорівнює 300000 км / с .

Різні речовини неоднаково проводять електричний струм , ця властивість речовини характеризується опором . Опір металів залежить також від температури , з підвищенням він збільшується , бо пробиватися електронам серед іонів , які швидко коливаються важче , ніж в тому разі якби іони рухалися повільніше .

- 2 -

3 . Як Ом математично розробляв свій закон ?

Досліди проведені Омом з термоелементом , дали змогу визначити залежність сили струму від електрорушійної сили . Цей закон записується так : I=E/R , де І – сила струму , Е – електрорушійна сила , R – сума внутрішнього і зовнішнього опорів . Він прийшов до висновку , що сила струму прямо пропорційна електрорушійній і обернено пропорційна довжині шляху , або опору кола . Також була встановлена залежність опору від площі поперечного перерізу й матеріалу провідника . Ось основний його дослід , що призвів до вищесказаних тверджень . Він склав термоелемент із зігнутих під прямим кутами вісмутової і мідної смужок , кінці яких скріплювались гвинтами . Один кінець термоелемента був у киплячій воді , а другий – обкладали танучим льодом . Від полюсів дротини опускалися в чашки з ртуттю . Коло замикали дротинами різної довжини , що приєднувалися до тих самих чашок . Силу струму визначали його дією на магнітну стрілку , підвішену на нитці над дротиною , що йде від термоелемента . Закручуючи нитку в бік , протилежний до відхиляючій сили струму , вдавалося повернути її до початкового положення , в площину меридіана .

4 . Четвертий стан речовини .

Існує четвертий стан речовини – це плазма або іонізований газ , в якому густини позитивних і негативних зарядів збігаються . Плазма має властивість добре проводити електричний струм і має добру теплопровідність . Проте якщо порівняти електропровідність плазми з електропровідністю металів , то виявиться різка відмінність . До неї не застосуєш закон Ома . В плазмі із зростанням температури і збільшенням сили струму збільшується і кількість електронів у плазмі , а тому напруга , потрібна для розряду , зменшується . Виявилось , що в плазмі газового розряду швидкості теплового руху електронів і іонів дуже відрізняється . Найбільшу швидкість хаотичного руху в газорозрядній трубці мають електрони . Таку плазму в якій існує неоднорідність температур її складових частин дістала назву неізотермічна . Ізотермічна плазма є тоді , коли в ній температури електронного і іонного газів одинакові .

Список використаної літератури .

1 . В. Г . Кривцов – фізика 1989 р . Москва . На допомогу вступаючим у вуз .

2 . К . В . Корсак – фізика 1994 р . Київ “ Вища школа “ .

3 . М .І . Блудов – бесіди з фізики 1989 р . Київ “Радянська школа “.

4 . Дж . Б . Мерлон – фізика і фізичний світ . 1975 р .

ВИСНОВКИ

Опрацювавши цей матеріал можна зробити висновок , що одна з основних властивостей електрона є електричний заряд . Електрон – це частинка з найменшим від’ємним зарядом . Маса електрона і його заряд сталий . Фізик Дж.Томсон у своїх дослідах визначив,

- 31

що маса електрона дорівнює : m = 9,1* 10 кг . , а його заряд e = 1,6 *

-19

10 Кл.

Рух електронів в металах був доведений дослідами вчених Папалексі і Мандельштамом , а також Стюартом і Толменом . Вони довели , що коли немає зовнішнього електричного поля , сумарний заряд , що переноситься в будь-якому напрямі , дорівнює нулю , тобто струму немає , бо сума всіх негативних зарядів дорівнює сумі всіх позитивних зарядів .

Напрямлений рух електронів в напрямку до позитивного полюса називається електричним струмом . Швидкість електричного струму не залежить від швидкості руху електронів , а залежить від швидкості поширення електромагнітного поля .

Різні речовини неоднаково проводять електричний струм , цю властивість речовини характеризують опором . Опір металів залежить також від температури , з підвищенням він збільшується .

Досліди Ома дали змогу визначити залежність сили струму від електрорушійною сили . Цей закон записується так : I = E/R , І –сила струму , Е –електрорушійна сила , R – опір . Він встановив залежність опору від площі поперечного перерізу й матеріалу провідника .

Плазма – це іонізований газ , в якому густини позитивних і негативних зарядів збігається . Плазма має такі властивості : добру електро- і теплопровідність , закон Ома до плазми не застосовний , бо із зростанням сили струму збільшується і кількість електронів у плазмі , а тому напруга , потрібна для розряду , зменшується . Буває плазма ізотермічна і неізотермічна . Ізотермічна – це плазма , коли в ній температури електронного і іонного газів однакова , а неізотермічна , коли температури цих газів неоднакові .