Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 50
Текст из файла (страница 50)
рассматриваемой цепи); каждый рассматриваемый контур должен содержать хотя бы один элемент, не содержащийся в предыдущих контурах, иначе получатся уравнения, являющиеся простой комбинацией уже составленных. В качестве примера использования правил Кирхгофа рассмотрим схему (рис 150) измерительного моста Унтстона *. Сопротивления Вь Рз, Вз и 04 образуют его плечи. Между точками А и В моста вкиючена батерен с э.д.с. вт и сопротивлением г, между тачками С и В включен гальванометр с сопротивлением Во.
Для узлов А, В и С, применяя первое правило Кирхгофа, получим Для контуров АСВВА, АСВА и СВДС, соглас- но второму правилу Кирхгофа, можно запн. сать: < 1,г+1!В! 2-!„В, = У, !!В!+1ойо — 14Р4=0 (!01.4) !2Я2 — здз — 1пВΠ— О.
Если известны все сопротивления и э.де., то, решая полученные шесть уравнений, можно найти неизвестные токи. Изменяя известные сопротивления Вь Вз и В4, можно добиться того, чтобы ток через гальванометр был равен нулю (/п=-О). Тогда из (101.3) найдем 1! 12 1з 14 (10! 5) ' с!. Уитстон (1802 — 1875) — английский физик. а из (101.4) получим 1!В! 14)74 1202 1зйз' (101.6) Из (101.5) и (101.6) вытекает, что В! В, 0204 — — нлк В! = — —. (101 7) 04 Вз 112 Таким образом, в случае равновесного моста ()г, =0) при определении искомого сопротивле- ния В~ э.д.с. батареи, сопротивления батареи и гальванометра роли ие играют. На практике обычно используется реохордный мост Унтстона (рис. 151), где сопротивления Яз и Я4 представляют собой длинную однородную проволоку (реохорд) с большим удельным сопротивлением, так что отношение Вз/В4 можно заменить отношением 14/14.
Тогда, используя выражение (101.7), можно записать В! В2 (101.8) 12 Длины 14 н 14 легко измеряются по шкале, а Рз всегда известно. Поэтому уравнение (101.8) позволяет определить неизвестное сопротивление Вь (оц КОНТРОПЬНЬ(8 ВОПРОСЫ Что называется силой тока? плотностью тока? Каковы их единицы? (Дать определения,) Назовите условия возникновения и существования электрического тока. Что такое сторонние силы? Какова их природа? В чем заключается физический смысл электродвижушей силы, действующей в цепи? напряже.
нияз разности потенциалоа? Почему напряжение является обобщенным понятием разности потенциалоа? Какова связь между сопротивлением и проводимостью, удельным сопротивлением и удельной проводимостьюз Каковы их единицы? (Дать определения.) В чем заключается явление сверхпроводимости? Каковы его перспективы? На чем основано действие термометров сопротивления? Выведите законы Ома и Джоуля — Ленца в лифференциальной форме.
В чем заключается физический смысл удельной тепловой мощности тока? Проанализируйте обоб!ценный закон Ома. Какие частные законы можно из него получить? Как формулируются правила Кирхгофа? На чем они основаны? Как составляются уравнения, выражающие правила Кирхгофа? Как избежать лишних уравне- нийз Ф Ф Ф Ф Ф Ф Задачи 12.1. По медному проводнику сечением ! мм' течет ток; сила тока ! А. Определить среднюю скорость упорядоченного движения электронов вдоль проводника, предполагая, что иа каждый атом меди приходится один свободный электрон.
Плотность меди 8,9 г/см'. [74 мкм/с] 12.6. Определить внутреннее сопротивление г источника тока, если во внешней цепи при силе тока 11=5 А выделяетси мощность Р~=(0 Вт, а при силе тока /,=ЗА — мощность Р,= = !2 Вт. [О,!7 Ом] 12Л. Три источника тока с э.д.с.
Ы~=(,6 В, Ух=1,4 В и (уз=1,1 В соединены накоротко одноименными полюсами. Внутреннее сопротивление первого источника г, =0,4 Ом, второго— г,=0,6 Ом Определить внутреннее сопротивление третьего источника, если через первый источник идет ток /~ = 1,!3 А. [0,2 Ом] !2.2. Определить, во сколько раз возрастет сила така, проходящего через платиновую печь, если при постоянном напряжении на зажимах ее температура повышается от П =20 'С до Н= 1200 'С. Температурный коаффнциеит сопротивления платины принять равным 3,65 Н! ' К '. [В 5 раз] 12.3.
По медному проводу сечением 0,3 мм' течет ток 0,3 А. Определить силу, действующую на отдельные свободные электроны са стороны электрического поля. Удельное сопротивление меди 17 нОм м. [2,72 1О " Н] 12.4. Сила тока в проводнике сопротивлением 10 Ом равномерно убывает от!ю=З А ло /=0 за 30 с. Определить выделившееся за это время в проводнике количество теплоты. ]900 Дж] 12.5. Плгггность электрического тока в алюминиевом проводе равна 5 А,'см' Определить удельную тепловую мощность тока, если удельное сопротивление алюминия 26 нОм ° м.
[65 Дж/(из с) ] 1 ~ а и и (Л 31 ихтсге1ггьиг' ггнп и чг о; щ,, ьлх,гг, и г ~ и, Глава 13 Электрические токи в металлах, вакууме и газах 9 102. Элементарная классическая теория электропрояодности металлов Носителями тока в металлах являются свободные электроны, т. е. электроны, слабо связанные с ионами кристаллической решетки металла. Это представление о природе носителей тока в металлах основывается на электронной теории проводимости металлов, созданной немецким физиком П. Друде (1863 в 1906) и разработанной впоследствии нидерландским физиком Х. Лоренцем, а также на ряде классических опытов, подтверждающих положения электронной теории.
Первый из таких опытов — опыт Рикке ' (1901), в котором в течение года электрический ток пропускался через три последовательно соединенных с тщательно отшлифованными торцами металлических цилиндров (Сц, А1, Сп] одинакового радиуса. Несмотря на то что общий заряд, прошедший через эти цилиндры, достигал огромного значения (=3,5 1О' )хл), никаких, даже микроскопических, следов переноса вещества не обнаружилось. Это явилось экспериментальным доказательством того, что ионы в металлах ие участвуют в переносе электричества, а перенос заряда в металлах осуществляется частицами, которые являются общими для всех металлов.
Такими частицами могли быть открытые в 1897 г, английским физиком Д. Томсоном (!856--1940) электроны. Для доказательства этого предположения необходимо было определить знак и величину удельного заряда носителей (отношение заряда носители к его массе). Идея подобных опытов заключалась в следующем: если в металле имеются подвижные, слабо связанные с решеткой носители тока, то при резком торможении проводника эти частицы должны по инерции смешаться вперед, как К. Ринке (1845 — 1915) — немецкий физик. смещаются вперед пассажиры, стоящие в вагоне при его торможении, Результатом смещения зарядов должен быть импульс тока; по направлению тока можно определить знак носителей тока, а зная размеры и сопротивление проводника, можно вычислить удельный заряд носителей. Идея этих опытов (!9!3) и их качественное воплощение принадлежат советским физикам С. Л. Мандельштаму (1879 — 1944) н Н.
Д. Папалекси (1880 в 1947), Эти опыты в !916 г, были усовершенствованы и проведены американским физиком Р. Толменом (1881--1948) и ранее шотландским физиком Б. Стюартом (1828 — 1887). Ими экспериментально доказано, что носители тока в металлах заряжены отрицательно, а их удельный заряд приблизительно одинаков для всех исследованных металлов. По значению удельного заряда носителей электрического тока и по определенному ранее Р. Миллнкеном элементарному электрическому зарнду была определена их масса.
Оказалось, что значения удельного заряда и массы носителей тока н электронов, движущихся в вакууме, совпадали. Таким образом, было окончательно доказано, что носителями электрического тока в металлах являются свободные электроны. Существование свободных электронов в металлах можно объяснить следующим образом: при образовании кристаллической решетки металла (в результате сближения изолированных атомов) валентные электроны, сравнительно слабо связанные с атомными ядрами, отрываются от атомов металла, становятся «свободными» и могут перемещаться по всему объему. Таким образом, в узлах кристаллической решетки располагаются ионы металла, а между ними хаотически движутся свободные электроны, образуя своеобразный электронный газ, обладающий, согласно электронной теории металлов, свойствами идеального газа.
Электроны проводимости при своем движении сталкиваются с ионами решетки, в результате чего устанавливается тер- 1Нх ,! Злгкгрнче«твь н л г к т р ь ч а г н «т ел ч модинамическое равновесие между электрош<ым газом н решеткой. По теории Друде — Лоренца, электроны обладают такой же энергией теплового движения, как и молекулы одноатомного газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
