Зависимость электропроводности от температуры, сверхпроводимость.
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).(Сверхпроводимость. В 1911 г. К. Оннес обнаружил, что при 
ртуть, по-видимому, полностью теряет сопротивление электрическому
току. Уменьшение сопротивления происходит очень резко в интервале нескольких сотых градуса В дальнейшем потеря сопротивления наблю-
далась и у других чистых веществ и у многих сплавов. Само явление получило название сверхпроводимости. Температуры перехода в сверхпроводящее состояние различны, но всегда очень низки.
Понятие о зонной теории твердых тел. Энергетические зоны проводников, полупроводников и диэлектриков.
О зонной теории. В основе квантовой теории электропроводности твердых тел лежит зонная теория, базирующаяся на анализе энергетического спектра электронов (см. § 2). Электрический спектр разбивается на зоны, разделенные запрещенными промежутками. Если в верхней зоне, где еще имеют-
ся электроны, ими заполнены не все квантовые состояния, т. е. в пределах зоны имеется возможность для перераспределения энергии и импульсов электронов, то соответствующее вещество является проводником электрического тока. Зона при этом называется зоной проводимости, а соответствующее вещество является проводником электрического тока с электронным типом проводимости. Если в зоне проводимости много электронов и свободных квантовых состояний, то электропроводимость достаточно велика. Только электроны в зоне проводимости являются носителями зарядов,осуществляющими электрический ток. Их движение подчиняется квантовым законам. Число этих электронов составляет лишь небольшую часть от общего числа электронов. Благодаря этому устраняются трудности классической теории электропроводимости.
Собственная и примесная проводимость полупроводников. Доноры и акцепторы.
Эффект Пельтье. Эффект Томпсона. Эффект Зеебека.
Зеебек обнаружил, что при замыкании концов цепи, состоящей из двух разнородных металлических материалов, спаи которых находились при разных температурах, магнитная стрелка, помещенная вблизи этой цепи, поворачивалась так же, как в присутствии магнита. Угол поворота стрелки был связан с величиной разности температур на спаях исследуемой цепи. В физике данное явление известно, как "эффект Зеебека".еебек настаивал на другой формулировке - "термомагнетизм". Зеебек накопил огромный экспериментальный материал по изучению цепей из комбинаций твердых, жидких металлов, сплавов и соединений при воздействии на них разных температур.после открытия Зеебека был открыт "эффект Пельтье". Этот эффект является обратным "эффекту Зеебека". Суть "эффекта Пельтье" состоит в том, что при прохождении тока на границах дух разных проводников происходит на одном конце поглощение тепла, а на другом его выделение.Как и Зеебек, Пельтье не смог правильно интерпретировать результаты своего исследования.Двадцать лет спустя Уильям Томсон (впоследствии - лорд Кельвин) дал исчерпывающее объяснение эффектам Зеебека и Пельтье и взаимосвязи между ними. Эффект Томсона заключается в переносе теплоты током, протекающим через однородный материал,в котором создан градиент температуры. Количество переносимой теплоты пропорционально величине этого градиента и силе протекающего тока.Данные открытия положили основу развития самостоятельной области техники - термоэнергетики.
34.Основные типы газового разряда.
При ускорении электрона в электрическом поле он приобретает энергию необходимую
для ионизации атома, и после ударной ионизации образуются 2 электрона, которые опять
ускоряются полем, затем после следующих актов ионизации образуется 4 электрона и так
далее. Такой процесс называется электронной лавиной. Часть электронов уходит на
стенки, часть рекомбинирует с ионами, а остальные участвуют в развитии лавины. После
того как вследствие прохождения лавины газоразрядный промежуток становится
заполненным электрон-ионными парами, заканчивается стадия пробоя и формируется
самостоятельный газовый разряд соответствующего типа (темный, тлеющий, дуговой,
искровой, коронный).
На рисунке изображена вольтамперная характеристика несамостоятельного разряда.
По оси ординат отложена плотность тока, а по оси абсцисс- напряжение на газоразрядной
трубке. Видно, что с увеличением напряжения график выходит на насыщение по
плотности тока, и эта величина определяется мощностью внешнего ионизатора.
На рисунке изображена вольт-амперная характеристика самостоятельного разряда. По
оси абсцисс- откладывается сила тока, по оси ординат- напряжение на газоразрядной
трубке. Область 1 соответствует тлеющему разряду, область 2-дуговому разряду.
К основным типам газового разряда относятся темный, тлеющий, дуговой, искровой,
коронный. Темный – это разряд, который не светится, протекающий ток порядка 10-9 А,
отсутствует объемный заряд; тлеющий - имеет чередующиеся темные и светлые области,
токи порядка (0.0001-0.1) А, вблизи катода имеется положительный объемный заряд.
Подобный разряд используется в лампах дневного света, рекламных щитах. Дуговой
разряд – ярко светится, токи порядка (1-100) А и более, вблизи катода положительный
объемный заряд, используется при сварке, резке металлов; искровой – возникает в
плотных газах, представляет яркий короткоживущий канал, замыкающий две области с
различными потенциалами (молния), коронный вызывает свечение на заостренных
объектах, находящихся под высоким потенциалом (например на мачтах кораблей в
предгрозовую погоду- так называемые «Огни святого Эльма»).
35. Плазма
Плазмой называется ионизованный газ, который удовлетворяет следующим условиям.
Это квазинейтральная среда, то есть среда, в которой примерно одинаковое количество
положительных и отрицательных зарядов. Второе, размеры среды должны быть больше,
чем величина дебаевского радиуса экранирования
где T - температура, e, n -заряд и плотность зарядов, B k -постоянная Больцмана.
Третье – время существования плазмы должно быть больше, чем величина, обратная
величине плазменной частоты.
где m -масса электрона.
Плазма встречается в природе: это ионосфера Земли, плазма Солнца, а также в
экспериментальных установках, предназначенных для проведения реакции управляемого
термоядерного синтеза - токамаках. В газоразрядных установках при протекании тока тоже образуется плазма. В настоящее время в мире действуют несколько токамаков,
строятся установки ИТЭР (во Франции, Кадараш), и КТМ (в Казахстане, Курчатов).
Плазма подразделяется на горячую, «холодную», изотропную, магнитоактивную,
идеальную, неидеальную, однородную, неоднородную и т.д.
36, Полевая трактовка закона взаимодействия элементов тока. Опыт Ампера.Как нам уже известно, магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие. Значит, вращающий момент, который испытывает рамка, является результатом действия сил на отдельные ее элементы. Сравнивая и обобщая результаты исследования действия магнитного поля на различные проводники с током, Ампер открыл, что сила d F, с которой магнитное поле действует на элемент проводника d l с током, который находится в магнитном поле, равна
(1)
где d l - вектор, по модулю равный d l и совпадающий по направлению с током, В - вектор магнитной индукции.
Направление вектора d F может быть определено, используя (1), по правилу векторного произведения, откуда следует правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор В, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы, которая действуюет на ток.
Модуль силы Ампера (см. (1)) равен
(2)
где α — угол между векторами d l и В.
Закон Ампера используется при нахождении силы взаимодействия двух токов. Рассмотрим два бесконечных прямолинейных параллельных тока I1 и I2; (направления токов даны на рис. 1), расстояние между которыми R. Каждый из проводников создает вокруг себя магнитное поле, которое действует по закону Ампера на соседний проводник с током. Найдем, с какой силой действует магнитное поле тока I1 на элемент d l второго проводника с током I2. Магнитное поле тока I1 есть линии магнитной индукции, представляющие собой концентрические окружности. Направление вектора B1 задается правилом правого винта, его модуль по формуле (5) есть
Направление силы d F1, с которой поле B1 действует на участок d l второго тока, находится по правилу левой руки и указано на рисунке. Модуль силы, используя (2), с учетом того, что угол α между элементами тока I2 и вектором B1 прямой, будет равен
подставляя значение для В1, найдем
(3)
Аналогично рассуждая, можно показать, что сила d F2 с которой магнитное поле тока I2 действует на элемент d l первого проводника с током I1, направлена в противоположную сторону и по модулю равна
(4)
Сопоставление выражений (3) и (4) дает, что
т. е. два параллельных тока одинакового направления притягиваются друг к другу с силой, равной
(5)
Если токи имеют противоположные направления, то, используя правило левой руки, определим, что между ними действует сила отталкивания, определяемая выражением (5).
Закон Био- Савара
Био и савар установили что магнитная индукция пропорциональна силе тока, создающего магнитное поле и зависит от расстояния до той точки в которой опред В.
