Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Февраля 2013 в 12:08, реферат
Сущность сторонних ЭДС. Сторонней ЭДС называется сила неэлектростатического происхождения, производящая разделение зарядов. Сторонняя электродвижущая сила не может иметь электростатического происхождения по той простой причине, что электростатическое поле является потенциальным. Следовательно, работа поля по замкнутому контуру, по которому течет ток равная нулю, т.е. при этом условии ток не мог бы существовать, поскольку он должен совершать работу для преодоления омического сопротивления проводников. Существование постоянного тока доказывает, что сторонние электродвижущие силы имеют неэлектростатическое происхождения.
Зависимость электропроводимости от температуры. При повышении температуры коэффициент диссоциации увеличивается, поскольку более энергичное движение молекул затрудняет молизацию и облегчает диссоциацию (при столкновениях). При нагревании вязкость жидкости уменьшается и, следовательно, увеличивается подвижность ионов. Поэтому удельная проводимость электролитов с увеличением температуры растет, причем этот рост может быть весьма значительным (во много тысяч раз).
Электролиты. Так как прохождение тока через растворы обусловлено движением ионов, то в результате происходит разделение молекул растворенного вещества на составные части, которые выделяются на электродах. Это явление называется электролизом. Изучение электролиза сыграло большую роль в развитии учения о строении вещества. Законы электролиза были открыты М. Фарадеем. Проводники электрического тока, которые при прохождении по ним тока испытывают электролиз, т. е. разлагаются на составные части, называются электролитами. Из сказанного следует, что электролитами являются многие растворы солей, кислот и щелочей, а также ряд химических соединений как в жидком, так и в твердом состоянии.
Примером твердого электролита может служить стекло, которое по своей физической природе является сильно переохлажденной жидкостью с очень большой вязкостью. Можно показать на опыте, что в стекле заметной подвижностью обладают ионы Na+, движение которых и обусловливает электропроводимость стекла. При нагревании стекла его сопротивление может уменьшиться в миллионы раз. Это позволяет показать очень эффектную демонстрацию. Первоначально стеклянная палочка разогревается пламенем горелки. Ток в цепи выделяет джоулеву теплоту, чем способствует повышению температуры палочки. При некоторой температуре, которую следует подобрать на опыте, горелка с пламенем убирается, а дальнейшее повышение температуры палочки обеспечивается уже только омической теплотой. Скорость изменения температуры палочки все время увеличивается, поскольку с температурой увеличивается удельная проводимость, что в свою очередь обусловливает еще более энергичное повышение температуры. В результате такого лавинообразного возрастания температуры происходит энергичное расплавление стекла и палочка перегорает с яркой вспышкой.
На заряды, движением которых обусловливается ток, действует сила Ампера. Плотность силы Ампера может быть записана в виде
где n, е — концентрация и заряд, движение которого обусловливает ток, vд — скорость дрейфа заряда.
Под действием силы с плотностью f заряды в проводнике при наличии магнитного поля, индукция которого перпендикулярна плотности тока j, стремятся сместиться в направлении силы (рис. 6, а), В результате на соответствующей части поверхности проводника образуется избыток зарядов того же знака, что и знак зарядов, осуществляющих ток. Поэтому если ток обусловливается движением положительных зарядов, то создается распределение поверхностной плотности зарядов, изображенное на рис. 6, б, а при движении отрицательных — на рис. 6, в. Между противоположными сторонами проводника появляется разность потенциалов и такое электрическое поле, напряженность Е которого нейтрализует действие плотности силы (3.1). Направление напряженности зависит от знака зарядов, осуществляющих ток, а модуль определяется теми факторами, от которых зависит плотность силы (3.1). Возникновение разности потенциалов в проводнике с током в магнитном поле называется эффектом Холла. Он был открыт в 1879 г.
Индукция В поля и скорость vд зарядов взаимно перпендикулярны. Отношение плотности силы (3.1) к заряду аналогично может рассматриваться как эффективная напряженность электрического поля, называемого полем Холла:
Следовательно, между поверхностями проводника создается разность потенциалов (рис.6,б)
где d - толщина проводника. Принимая во внимание, что j = nev, перепишем (3.3) в виде
где
— постоянная Холла. Разность потенциалов может быть измерена. Остальные величины, за исключением концентрации n зарядов и их знака, известны. По знаку разности потенциалов можно определить знак заряда носителей, движение которых осуществляет ток, а по разности потенциалов — их концентрацию.
Заметим, что формулы (3.4) и (3.5) совпадают с соответствующими формулами более полной теории эффекта Холла, когда учитывается распределение электронов по скоростям, статистические характеристики их столкновений и т. д. Однако расчеты при этом оказываются очень громоздкими и здесь не приводятся.
Результаты измерений показали, что в металлах ток осуществляется движением отрицательных зарядов. Концентрация носителей примерно равна концентрации атомов, т. е. один заряд, участвующий в образовании тока, приходится примерно на один атом металла, хотя это число и изменяется в определенных пределах. Носителями зарядов, осуществляющих ток в металлах, являются электроны. Сказанное означает, что в металлах на один атом приходится в среднем около одного свободного электрона. Напомним, что у металлов обычно концентрация атомов, а следовательно, и свободных электронов близка к п ~ 1028 м-3.
Исследование эффекта Холла в других случаях показало, что он не всегда обусловлен движением отрицательных зарядов. Когда знак разности потенциалов в эффекте Холла соответствует движению положительных зарядов, то эффект называется аномальным.
Эффект Холла является одним из гальваномагнитных явлений, Под этим термином объединяются явления, возникающие в проводнике с током, находящимся в магнитном поле. Физическая сущность всех этих явлений состоит в том, что электропроводимость проводника во внешнем магнитном поле является не скаляром, а тензором, Напряженность поперечного электрического поля, называемого холловским, складывается с напряженностью электрического поля, которое обусловливает существование тока при отсутствии магнитного поля. В результате этого напряженность электрического поля образует с плотностью тока некоторый угол — угол Холла. Значит, направления плотности тока и напряженности электрического поля не совпадают. Эти величины связаны тензорной формулой
в которой γik — тензор электропроводимости. В анизотропных веществах проводимость описывается тензором электропроводимости также и при отсутствии внешнего магнитного поля.