Електричний струм у неметалів

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

скачати

Міністерство загальної та професійної освіти

РФ Каменськ - Уральський

Філія Уральського Державного технічного Університету

Кафедра фізики

Реферат на тему: «Електричний струм у неметаллам»

Керівник:

Торопов Н. А.

студент групи РТ-115к

Лугиніни І. В.

Каменськ - Уральський

2002

Зміст

Розділ т
1. Електроліти. Електроліз.
1.1. Закони електролізу 1
1.2. Застосування електролізу 3
2. Електричний струм у газах
2.1. Іонізація газів 4
2.2. Самостійний і не самостійний розряди
2.2.1. Тліючий розряд 5
2.2.2. Іскровий розряд 6
2.2.3. Електрична дуга 8
2.2.4. Коронний розряд 8
3. Термоелектричні явища
3.1. Явище Зеєбека 10
3.2. Явище Пельтен 11
3.3. Явище Томсона 11
4. Емісійні явища, їх застосування
4.1. Термоелектрична емісія 12
4.2. Фотоелектрична емісія 13
4.3. Вторинна електрична емісія 13
4.4. Авто електрична емісія 14
Література 15

Електроліти. Електроліз.

Закони електролізу

Електроліти - речовини, розчини або розплави яких проводять електричний струм. Електроліти - клас провідників, в яких електричний струм завжди супроводжується їх хімічними змінами. До електролітів відносять, наприклад, розчини солей, кислот і лугів. Електролітами також є в ряді випадків розплави будь-яких речовин або сполук.

Електроліз - виділення речовини на електродах при проходженні через розчин (електроліт) електричного струму.

Закони електролізу.

Закони електролітичної провідності були експериментально встановлені Фарадеєм у 1836 р. цих законів два.

Перший закон Фарадея відноситься до зв'язку між кількістю виділився речовини на електроді, силою струму і часом проходження струму через електроліт. Цей закон має наступний сенс: маса виділяється на електроді речовини M пропорційна силі струму I і часом його проходження через електроліт t.

,

де k-коефіцієнт пропорційності, що залежить тільки від роду виділився речовини і електроліту.

Твір сили струму I на час t представляє собою кількість речовини Q, що пройшло через електроліт:

It = Q,

звідки першим законом Фарадея можна надати вигляду:

M = kQ,

тобто маса виділився речовини M пропорційна який пройшов через електроліт кількості електрики Q. Коефіцієнт k називається електрохімічним еквівалентом виділяється речовини.

Так як при Q = 1 чисельно маємо:

M = k,

то, отже, електрохімічний еквівалент чисельно дорівнює масі речовини, яка виділяється при проходженні через електроліт одиниці кількості речовини.

Другий закон Фарадея визначає величину електрохімічного еквівалента k.

Хімічним еквівалентом елемента називається безрозмірна величина, чисельно рівна масі даного елементу, виражена в грамах, яка заміняє в хімічних сполуках 1,0078 г водню.

Другий закон Фарадея полягає в тому, що електрохімічні еквіваленти елементів пропорційні їх хімічним еквівалентів.

,

де А - атомна вага речовини

п - його валентність

С - коефіцієнт пропорційності, однаковий для всіх елементів.

Зазвичай замість коефіцієнта З вводять величину, зворотну:

тоді другий закон Фарадея прийме вигляд:

Величина F називається числом Фарадея. Підставляючи значення електрохімічного еквівалента k з цієї формули у вираз для першого закону Фарадея, отримаємо формулу, що об'єднує обидва закони Фарадея:

звідси випливає, що якщо виділяється один грам-еквівалент речовини, тобто маса М, чисельно рівна А / п, то Q має чисельно дорівнювати F.

Таким чином, число Фарадея F чисельно дорівнює кількості електрики Q, при проходженні якого через електроліт на електроді виділяється один грам-еквівалент речовини.

1.2. Застосування електролізу

Як відомо, два однакових металевих електроди, занурених у електроліт, після проходження через них електричного струму поляризуються і утворюють гальванічний елемент, який сам деякий час може служити джерелом електричного струму. Таким чином, створюючи систему з двох однакових провідників першого роду (електроліту), ми отримаємо акумулятор.

Однак, щоб акумулятор виявився практично цінним, він повинен відповідати двом умовам:

а) поляризація електродів повинна бути стійка,

б) процеси, що відбуваються в акумуляторі, повинні бути оборотні.

Перший технічний акумулятор являв собою дві свинцеві пластини, занурені в водяний розчин сірчаної кислоти (Н Електричний струм у неметалів SO). Свинцеві пластини, вступаючи в реакцію з сірчаною кислотою, покриваються шаром сернокіслового свинцю PbSO. При пропусканні через нього струм від зовнішнього джерела (зарядка) негативні іони SO переміщуються до анода і перетворюють сульфат у перекис свинцю:

PbSO + SO Електричний струм у неметалів +2 HO = PbO +2 H Електричний струм у неметалів SO +2 e

Позитивні водневі іони переміщуються до катода і відновлюють сульфат у металевий синец:

PbSO +2 H +2 e = Pb + HSO Електричний струм у неметалів .

Таким чином, створюється різка несиметрія електродів: один з них свинцевий, інший - з перекису свинцю. Аккумулютор «заряджений», і являє собою гальванічний елемент, здатний служити джерелом струму.

Даючи струм в зовнішній ланцюг, акумулятор розряджається, процеси протікають в ньому в зворотному порядку. В кінці розрядження обидві пластини виявляються покритими однаковими шарами сульфату свинцю, і е.р.с. акумулятора спадає до нуля.

Електричний струм у газах

2.1. Іонізація газів

Гази в природному стані не проводять електрики. Якщо помістити в сухому атмосферному повітрі добре ізольоване заряджене тіло, наприклад заряджений електрометрії з гарною ізоляцією, то заряд електрометра довгий час практично залишається незмінним.

Однак, піддаючи газ різних зовнішніх впливів, можна викликати в ньому електропровідність. Так, наприклад, поміщаючи поблизу зарядженого електрометра полум'я пальника, можна бачити, що заряд електрометра швидко зменшується. Ми повідомили газу електропровідність, створюючи в ньому високу температуру. Якби замість полум'я пальника ми помістили поблизу електрометра відповідне джерело світла, ми також спостерігали б витік зарядів з електрометра.

Це показує, що в газах під впливом високої температури і різних випромінювань з'являються заряджені частинки. Вони виникають тому, що від атомів газу відщеплюється один або декілька електронів, у результаті чого замість нейтрального атома виникають позитивний іон і електрони. Частина утворилися електронів може бути при цьому захоплена іншими нейтральними атомами, і тоді з'являться ще й негативні іони.

Відрив електрона від атома (іонізація атома) вимагає витрати певної енергії - енергії іонізації. Вона залежить від будови атома і тому різна для різних речовин.

Після припинення дії іонізатора число іонів у газі з часом зменшується і врешті-решт іони зникають зовсім. Зникнення іонів пояснюється тим, що іони і електрони беруть участь в тепловому русі і тому соударяются один з одним. При зіткненні позитивного іона і електрона вони возз'єднуються у нейтральний атом. Точно так само при зіткненні позитивного і негативного іонів негативний іон може віддати свій надлишковий електрон позитивного іону і обидва вони перетворяться на нейтральні атоми. Це процес взаємної іонізації іонів називається рекомбінацією іонів.

При рекомбінації позитивного іона і електрона або двох іонів вивільняється певна енергія, що дорівнює енергії, витраченої на іонізацію. Вона випромінюється у вигляді світла, і тому рекомбінація іонів супроводжується свіченням (свічення рекомбінації). Якщо концентрація позитивних і негативних іонів велика, то і число щомиті відбуваються актів рекомбінації буде великим, і свічення рекомбінації може бути дуже сильним. Випромінювання світла при рекомбінації є однією з причин свічення багатьох форм газового розряду.

Іонізація електронними ударами.

У явищах електричного розряду в газах велику роль грає іонізація атомів електронними ударами. Процес полягає в тому, що електрон, що рухається, що володіє достатньою кінетичною енергією, при зіткненні з нейтральним атомом вибиває з нього один або кілька атомних електронів, у результаті чого нейтральний атом перетворюється в позитивний іон, а в газі з'являються нові електрони.

Досліди Джеймса Франка та Густава Герца. Досліджуваний газ при тиску порядку 0,1 - 0,01 мм рт.ст. вводиться в скляну трубку, яка спочатку відкачується до високого вакууму (для видалення інших газів). Трубка має розжарюваний катод, сітку і колектор іонів. На сітку подається позитивний (щодо катода) потенціал, який можна змінювати за допомогою дільника напруги і вимірювати вольтметром. На колектор іонів накладається негативний потенціал, на 0,5 - 1,0 В більший, ніж потенціал катода. Ця невелика різниця потенціалів знімається з дільника напруги, позитивний кінець якого з'єднаний з катодом.

Відстань катод-сітка в таких трубках роблять значно меншим, ніж відстань сітка-колектор, і підбирають тиск газу так, щоб середня довжина вільного пробігу електронів у газі була більше відстані між сіткою і катодом. Тому електрони, випущені катодом, рухаються в просторі катод-сітка практично без зіткнень, і якщо різниця потенціалів (виражена у вольтах), між сіткою і катодом дорівнює, то кожен електрон набуває кінетичну енергію (виражену в електрон-вольтах). Електрони, прискорені сіткою, відчувають потім зіткнення з атомами газу в просторі між сіткою і колектором.

Так як потенціал колектора нижче, ніж потенціал катода, то у відсутності іонізації всі електрони гальмуються, не долітаючи до колектора, і тому струм через гальванометр дорівнює нулю. Якщо, проте, поступово підвищувати різниця потенціалів між сіткою і катодом, то, коли енергія електронів зробиться рівною енергії іонізації, то в просторі сітка - колектор з'являться позитивний іони. Тому, вимірюючи найменший потенціал сітки, при якому вперше з'являється струм колектора, можна знайти енергію іонізацію атомів досліджуваного газу.

Метод Франка і Герца не є єдиним методом вимірювання енергії іонізації. Вона може бути визначена також з дослідження лінійчатих спектрів світіння розріджених газів і парів, причому з досить великою точністю. Значення енергії іонізації, знайдені за спектрами, добре збігаються з її значеннями, визначеними методом електронних ударів.

2.2. Самостійний і несамостійний розряд

2.2.1. Тліючий розряд

Тліючий розряд зручно спостерігати при зниженому тиску газу. Якщо до електродів, впаяним в скляну трубку завдовжки 30-50 см, прикласти постійну напругу в декілька сот ампер і потім поступово відкачувати повітря з трубки, то спостерігається таке явище: при атмосферному тиску прикладена напруга недостатньо для пробою газу і трубка залишається темною. При зменшенні тиску газу в деякий момент в трубці виникає розряд, що має вигляд світиться шнура. При подальшому зменшенні тиску цей шнур розширюється і заповнює весь переріз трубки.

Особливе значення в тліючому розряді мають лише дві його частини - катодне темний простір і тліюче свічення, в яких і відбуваються основні процеси, що підтримують розряд.

Характерним для тліючого розряду є особливий розподіл потенціалу по довжині трубки. Його можна визначити, впаівая в трубку ряд додаткових електродів - зондів, розташованих в різних місцях трубки, і приєднуючи між катодом і відповідним зондом вольтметр з великим опором. Майже всі падіння потенціалу в розряді припадають на область катодного темного простору. Ця різниця потенціалів між катодом і кордоном тліючого світіння отримала назву катодного падіння потенціалу.

Існування катодного темного простору пояснюється тим, що електрони починають стикатися з атомами газу не відразу, а лише на деякій відстані від катода. Ширина катодного темного простору приблизно дорівнює середній довжині вільного пробігу електронів: вона збільшується зі зменшенням тиску газу. Отже, в катодному темному просторі електрони рухаються практично без зіткнення.

Катодне падіння потенціалів необхідно для підтримки тліючого розряду. Саме завдяки його наявності позитивні іони набувають необхідну енергію для утворення інтенсивної вторинної електронної емісії з катода, без якої тліючий розряд не міг би існувати. Тому катодне падіння потенціалу є найбільш характерна ознака тліючого розряду, який відрізняє цю форму газового розряду від всіх інших форм.

Тліючий розряд широко використовують в якості джерела світла в різних газорозрядних трубках. У лампах денного світла випромінювання тліючого розряду поглинається шаром спеціальних речовин, нанесених на внутрішню поверхню трубки, які під дією поглиненого випромінювання в свою чергу починають світитися. Такі трубки виявляються більш економічними ніж звичайні лампи розжарювання.

Газорозрядні трубки застосовуються також для рекламних та декоративних цілей, для чого їм надають обриси різних фігур і букв. Наповнюючи трубки різними газами, можна отримати світіння різного забарвлення.

У лабораторній практиці використовують тліючий розряд для катодного розпилення металів, тому що речовина катода в тліючому розряді поступово переходить в пароподібний стан і осідає у вигляді металевого нальоту на стінках трубки.

2.2.2. Іскровий розряд

При досить великий напруженості поля (близько 3 МВ / м) між електродами з'являється електрична іскра, що має вигляд яскраво світиться звивистого каналу, що з'єднує обидва електроди. Газ поблизу іскри нагрівається до високої температури і раптово розширюється, через що виникають звукові хвилі, і ми чуємо характерний тріск.

Описана форма газового розряду носить назву іскрового розряду або іскрового пробою газу. При настанні іскрового розряду газ раптово втрачає свої діелектричні властивості і стає добрим провідником. Напруженість поля, при якій настає іскровий пробій газу, має різне значення у різних газів і залежить від їх стану (тиску, температури). Чим більше відстань між електродами, тим більша напруга між ними необхідно для настання іскрового пробою газу. Ця напруга називається напругою пробою.

Знаючи, як залежить напруга пробою від відстані між електродами будь-якої певної форми, можна виміряти невідоме напруга по максимальній довжині іскри. На цьому заснований пристрій іскрового вольтметра для грубої великих напруг.

Він складається з двох металевих кульок, закріплених на стійках 1 і 2, 2-а стійка з кулею може наближатися або віддалятися від першої за допомогою гвинта. Кулі приєднують до джерела струму, напруга якого потрібно виміряти, і зближують їх до появи іскри. Вимірюючи відстань за допомогою шкали на підставці, можна дати грубу оцінку напруги по довжині іскри (приклад: при діаметрі кулі 5 см і відстані 0,5 см напруга пробою одно 17,5 кВ, а при відстані 5 см - 100 кВ).

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
31кб. | скачати


Схожі роботи:
Електричний струм у газах 2
Постійний електричний струм
Постійний електричний струм
Теплота і електричний струм
Електричний струм в напівпровідниках
Електричний струм у вакуумі
Електричний струм у газах
Електричний струм Перші дослідження
Електричний струм у вакуумі Електровакуумні прилади
© Усі права захищені
написати до нас