Теплота і електричний струм

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Маріо Льоцці

ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ЕФЕКТ

Починаючи з 1794 р. Вольта багаторазово проводив такий досвід: він поміщав жабу, препаровану за методом Гальвані, таким чином, щоб її задні лапки були опущені у воду однієї банки, а спинка і хребетний стовп занурювалися в іншу банку з водою. Якщо ланцюг замикалася залізним дротом, один кінець якої опускався на кілька хвилин у киплячу воду, то спостерігалися сильні конвульсії жаби, що тривали до тих пір, поки кінець дроту не остигав.

Цей досвід пройшов непоміченим, і про нього, ймовірно, нічого не знав також Томас Зеєбека (1770-1831), який виступив в 1821 р. з доповідями в Берлінської Академії наук. На основі цих доповідей Зеєбека згодом була наситила відома робота, що вийшла лише в 1825 р. Відкрите ним явище тепер добре відомо. Сам Зеєбека описує один зі своїх численних дослідів наступним чином. Невеликий шматок вісмуту був припаяний з обох кінців до мідної спіралі. Якщо один кінець нагрівався за допомогою лампи, а інший залишався холодним, то магнітна стрілка, укладена всередині спіралі, поверталася, вказуючи на проходження струму, який в холодному спае йшов від міді до вісмуту.

Це явище стало відомо в 1823 р. завдяки Ерстед, який і дав йому назву, укорінене до наших днів. У тому ж 1823 Фур'є і Ерстед довели, що термоелектричний ефект має властивість суперпозиції, і побудували першу термоелектричну батарею, що складалася з трьох пластин сурми, що чергувалися з трьома пластинами вісмуту і спаяних на кінцях так, що вони утворювали шестикутник. Ця батарея була значно вдосконалена в 1829 р. Нобілі, який розташував біметалічні палички, з'єднавши їх не торцями, а площинами, в похилому положенні, майже вертикально, по краях циліндричної поверхні і помістив у посудину, залитий камеддю, так що одна група спаїв була занурена в камедь, а інша виступала назовні. Подальше вдосконалення було внесено через рік Меллона, що сконструював призматичну модель, що використовується і зараз. На основі батареї Меллон і гальванометра своєю конструкцією Нобілі збудував того ж 1830 термомультіплікатор такої чутливості, що він реагував на тепло людського тіла на відстані 18-20 ліктів.

У 1834 р. в ході експериментальних досліджень провідності сурми і вісмуту Жан Шарль Пельтье (1785-1845) мав намір визначити, як змінюється температура уздовж однорідної або різнорідного провідника, по якому проходить струм. У зв'язку з цим Пельтье досліджував температуру в різних точках термоелектричної ланцюга за допомогою термопари, з'єднаної з гальванометром, причому виявив, що в місцях спаїв різних металів температура різко змінюється, є навіть випадки охолодження. Найбільшого ефекту йому вдалося добитися за парою вісмут - сурма. Таким чином, електрострум може викликати й охолодження. Беккерель, Де ла Рів та інші фізики поставилися з недовірою до дослідів Пельтье, почасти, мабуть, тому, що він був у науці, так би мовити, випадковою людиною - до тридцяти років Пельтье був годинникарем. Щоб виключити будь-які сумніви, Пельтье підтвердив відкрите ним явище безпосередньо за допомогою повітряного термометра. Саме цей метод і зараз описується в підручниках. В інших своїх дослідах Пельтье споював навхрест два шматки металу, потім, підключивши гальванометр, пропускав через два послідовних кінця хреста і через гальванометр термоелектричний струм, а через деякий час ланцюг роз'єднував і приєднував той же гальванометр, але до інших двох кінцях хреста - і гальванометр показував струм, викликають або нагріванням, або охолодженням спаю хреста. У яких випадках виходить нагрівання, а в яких охолодження в місці спаю, точно визначив в 1838 р. Поггендорф і незалежно від нього в 1840 р. Луїджі Пачінотті (1807-1889), батько Антоніо Пачінотті, винахідника динамо-машини постійного струму.

Закон Джоуля

Протягом перших сорока років після винаходу батареї робилося безліч спроб, частиною невдалих, а частиною незавершених, з'ясувати, яким законом підпорядковується виділення тепла електричним струмом. Невдачі цих спроб можна пояснити недостатньою ясністю понять сили струму та електричного опору і як наслідок - відсутністю точно визначених одиниць виміру. До того ж через незнання закону Ома дослідники підключали в ланцюг послідовно проводи з різним опором, вважаючи, що вони тим самим змінюють тільки опір, а не силу струму. Цим пояснюється невдача деяких досліджень, таких, як дослідження Уїльяма Гарріса (1791 - 1867), які, як стало ясно тепер, цілком могли призвести до бажаної мети.

У 1841 р. Джоуль почав експериментальне дослідження теплоти, що виділяється провідником. Йому прийшла вдала думка прокалибровать спочатку свою тангенс-бусоль в ланцюзі з вольтаметром, як це пропонував робити Фарадей. Нагревающее пристосування складалося з досліджуваного провідника, обмотаного спіраллю навколо тонкої скляної трубки, зануреної в скляний резервуар з певною кількістю води, і чутливого термометра. У трьох проводилися дослідах, в кожному з яких послідовно з'єднувалися два опори, занурені в однакові калориметри, Джоуль встановив, що при одній і тій же силі струму кількість виділюваної теплоти пропорційно опорам провідників.

Цей перший результат привів його до формулювання гіпотези про вплив сили струму. Він висловив її в такому не дуже ясному міркуванні: «Розмірковуючи над вищевказаним законом, я подумав, що дія струму повинен змінюватися при збільшенні сили електричного струму як квадрат сили струму, тому що ясно, що в такому разі опір повинен змінюватися у подвійному відношенні: з через збільшення кількості проходить електрики в даний проміжок часу, а також через збільшення самої його швидкості ».

Джоуль, ймовірно, хотів сказати, що теплота, що виділяється струмом, викликається ударами частинок електричного флюїду про частки провідника. Тому, якщо збільшується сила струму, збільшується швидкість частинок електричного флюїду і удари виходять більш сильними, а також більш частими внаслідок збільшення кількості електричного флюїду, що проходить за даний проміжок часу через перетин провідника.

Але як би там не було, Джоуль піддав свою гіпотезу дослідної перевірки і виявив, що кількість тепла, виміряний калориметрія, в який була занурена мідна спіраль, настільки мало відрізнялося від розрахункового, що можна було визнати закон цілком підтвердженим, принаймні для металевих провідників .

Набагато більш оригінальними були досліди, проведені Джоулем для перевірки цього закону для струмів в електролітах і для струмів індукції. Результати цих досліджень були викладені в роботі 1843 р. У цій роботі встановлюється, що в будь-якому випадку, з будь-яким провідником, при будь-якому струмі виділяється тепло пропорційно опору провідника і квадрату сили струму.

Природно, що багато вчених повторили досліди Джоуля, видозмінюючи їх, і підтвердили отримані Джоулем результати, вивівши з них перші слідства. Серед цих наслідків ми згадаємо лише результат, отриманий в 1844 р. в Петербурзі Ленцем і незалежно від нього в 1845 р. професором фізики в Турині Доменіко Ботто (1791-1865). Ці дослідники встановили, що генератор може віддати в зовнішній ланцюг максимальну кількість тепла, якщо опір ланцюга одно внутрішньому опору генератора. Саме в зв'язку Ленц почав нелегку роботу з визначення залежності температури нагріву провідника від проходить по ньому струму і від середовища, в якій він знаходиться.

Склала к.т.н. Савельєва Ф.Н.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Історія та історичні особистості | Стаття
14.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Електричний струм у газах 2
Постійний електричний струм
Електричний струм у неметалів
Постійний електричний струм
Електричний струм в напівпровідниках
Електричний струм у вакуумі
Електричний струм у газах
Електричний струм Перші дослідження
Емісія електронів Електричний струм в газах
© Усі права захищені
написати до нас