С.Г. Калашников - Электричество (1115533), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Отклонение стрелки наблюдается и в том случае, если вместо проволоки использоватыазоразрядную трубку (например, неоновую рекламную трубку), питаемую постоянным током. Магнитное действие наблюдается во всех случаях независимо от природы проводника и является самым общим признаком тока. Магнитное действие тока используют для измерения силы тока с помощью магнитоэлектрических приборов.
Они содержат легкую рамку с проволокой, укрепленную на упругой пружине и помещенную между полюсами магнита. В 9 85 мы увидим, что в этом случае на рамку с током действует момент силы М, пропорциональной силе тока; (55 1) Коэффициент пропорциональности а зависит от устройства прибора (от числа витков проволоки, силы магнита и т.п.). Поэтому по отклонению рамки можно судить о силе тока. Приборы, показания которых зависят от силы тока, получили общее название гальваномет- ~ у,оаа ров. Химическое действие тока.
Электрический ток может выделять в некоторых ~ц~~~ проводниках их составные химические ча- 4. сти. Химическое действие тока можно наблюдать в простых опытах. Опустим в водный раствор медного купороса ОцВ04 две угольные пластины (рис. 79) и соединим их с по- током модно'о куво люсами батареи гальванических элементов. роса Через несколько минут вынем пластины из раствора.
Мы обнаружим, что на пластине, соединенной с отрицательным полюсом батареи, выделился блестящий шюй меди, хорошо заметный на черном фоне угля. На второй пластине, соединенной с положительным полюсом батареи, выделяется остаток ЯО4. Однако, соприкасаясь с водой, он вступает во вторичную реакцию, не связанную с наличием тока, по суммарной формуле 2БО4 + 2Н20 = 2НЕВ04 + Оо, в растворе появляется серная кислота и на пластине выделяется газообразный кислород, В качестве второго примера рассмотрим разложение током водного раствора бромистого калия КВг. В этом случае у полоЖительной пластины выделяется Вг, который хорошо заметен вследствие своей бурой окраски. У отрицательной пластины по- ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 120 гл ч1 является К, который вступает во вторичную реакцию с водой 2К+ 2НзО = 2КОН+ Нз, так что у отрицательной пластины выделяется вместо калия водород.
Явление выделения током химических составных частей проводника получило название электролиза (от греческого л и о— разлагаю). Электролиз имеет место не во всех проводниках Проводники, в которых не наблюдается химическое действие тока, называются проводниками 1-го рода К их числу принадлежат все металлы, уголь и многие химические соединения. Проводники, в которых происходит электролиз, называются проводниками 2-го рода или злектролитиами. Электролитами являются многие водные растворы кислот и солей и некоторые химические соединения как в жидком, так и в твердом состояниях. Явление электролиза обычно осложняется вторичными реакциями, примеры которых были рассмотрены выше.
Вторичные реакции не связаны с наличием тока и не имеют прямого отношения к электролизу. Если, однако, отделить первичное действие тока от вторичных реакций, то можно обнаружить простое правило на отрицательном полюсе (катоде) всегда выделяются металлы и водород, а на положительном полюсе (аноде) — остаток химического соединения При этом составные части электролита выделяются только на электродах Масса любого вещества, отложившегося на электроде, всегда пропорциональна полному заряду, прошедшему через электролит.
Однако масса вещества, выделяемая единицей заряда, различна для разных веществ Так, например, при прохождении 1 Кл через водный раствор какой-либо серебряной соли на катоде выделяется 1,1180 мг металлического серебра, а при прохождении 1 Кл через раствор медной соли выделяется 0,3294 мг металлической меди (подробнее см. 8 189) Явление электролиза используют в кулонометрах, представляющих собой электролитические ванны, включаемые последовательно в цепь тока.
Одним из точных приборов является серебряный кулонометр, который имеет серебряные электроды и содержит в качестве электролита водный раствор азотнокислого серебра А8НОз Кулонометры непосредственно измеряют заряд, прошедший через цепь Если т — масса выделенного А8 в миллиграммах, а ~ — время пропускания тока в секундах, то сила тока в амперах равна з = 1,1180т/1 Тепловое действие тока.
Электрический ток вызывает нагревание проводников Если пропускать ток через металличе- БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР 121 ский проводник, то при достаточной силе тока его можно нагреть до желаемой температуры, довести до плавления и испарить. На тепловом действии тока основано устройство тепловых гальванометров. Они содержат металлический проводник из неокисляемого упругого материала, через который пропускают измеряемый ток О силе тока судят по удлинению проводника вследствие его нагревания током. Магнитоэлектрические и тепловые гальванометры не являются абсолютными приборами и требуют градуировки.
й 56. Баллистический гальванометр При помощи гэльванометров можно измерить не только силу тока, но и заряд, находящийся на каком-либо конденсаторе. Рассмотрим магнитоэлектрический гальванометр и будем считать, что трение при движении рамки настолько мало, что им можно пренебречь. Рамка является механической колебательной системой, Она имеет определенный момент инерции 1 и на нее действует сила упругости подвеса Момент сил упругости подве- са М„можно считать пропорциональным углу поворота рамки: Мп — Уо~ где Г зависит от устройства подвеса или спиральных пружин. Поэтому, будучи выведена из положения равновесия, рамка со- вершает механические крутильные колебания с периодом Т = 2я~/77~. Положим теперь, что мы замкнули на гальванометр какой- нибудь заряженный конденсатор. Конденсатор начнет разря- жаться и в гальванометре возникнет кратковременный ток (импульс тока).
Будем считать, что время импульса т мало по сравнению с периодом колебаний рамки: т ((Т (баллистический режим). Тогда за все время импульса рамка не успеет заметно сместиться и все явление будет подобно явлению удара в меха- нике. За время т на рамку подействует импульс момента силы, равный, согласно (55.1), ~ Маг = а ~ юсИ = ад, т т где д — полный заряд, прошедший через гальванометр. Поэтому рамка приобретает момент импульса А~о = ад (ые — угловая скорость рамки) и кинетическую энергию 1"ттк = .(«~()/2 122 ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК ГЛ.
'4Ь После окончания импульса тока рамка начнет поворачиваться и ее кинетическая энергия будет превращаться в потенциальную энергию закрученного подвеса: И'„ = ~а'/2. Поэтому, если а есть максимальный отброс, то ~ г~2 1Р2 Из этих уравнений находим о= — '= — тД1а =Ьа (56.1) где Ь вЂ” постоянная для данного прибора, называемая баллистнческой постоянной. Мы видим, что, измеряя первый максимальный отброс гальванометра, можно определить полный заряд, прошедший через гальванометр. Баллистический метод измерения заряда весьма удобен и широко применяется на практике.
Употребляемые для таких измерений гальванометры называют баллистическими гальваномептрами. В отличие от обычных гальванометров, в которых затухание колебаний рамки должно быть значительным (чтобы время установления рамки было малым), , Б -~-с ~ в баллистических гальванометрах затухание делают возможно меньшим.
Кроме того, для лучшего выполнения условия баллистического режима увеличивают момент инерции рамки, что каллистической постоянной огненных колебаний (10 — 20 с). и для с авпения емкастей В предыдущих рассуждениях мы не учитывали затухания колебаний рамки вследствие трения. При учете трения теория получается более сложной. Однако это не имеет особого значения, так как обычно баллистическую постоянную Ь определяют не расчетом, а на опыте, т.е. градуируют гальвиюметр на заряды. Употребляемая для этого принципиальная схема показана на рис.
80. Здесь С вЂ” конденсатор известной емкости, а Б — батарея с известным напряжением У. В этом случае известен и заряд конденсатора д = СУ, и поэтому, наблюдая отброс гальванометра а„„можно по формуле (56.1) найти Ь. Если в схему рис. 80 один раз включить конденсатор с емкостью Сы а другой раз — с емкостью С2, то отношение отбросов гальванометра в обоих случаях будет равно отношению емкостей: а1/аг = С1~Ст. 123 ЗАКОН ОМА Поэтому баллистический гальванометр позволяет просто сравнивать емкости, причем напряжение батареи знать не нужно. й 57. Закон Ома Если в проводнике имеется ток, то потенциал в различных его точках уже не одинаков.
Присоединив корпус электрометра к одному из концов а проволоки аб с током, а стрелку— к какой-либо другой точке 6 (рис. 81), мы обнаружим, что между этими точками имеется в б напряжение, которое тем больше, чем ближе точка 6 ко второму концу проволоки. При наличии тока существует падение напряжения вдоль проводника. Падение напряжения, со- Рнс.
81. Падение напряженке гласно 8 19, означает, что су- вдоль проводнике с таком ществует составляющая напряженности поля ЕО направленная вдоль проводника (рис. 82). Это значит, что напряженность поля у поверхности проводни- ка с током, а следовательно, и линии на- Е» Е пряженности уже не перпендикулярны к поверхности проводника. Они наклонены в направлении тока на некоторый угол се, причем 1я сс = Ев/Еь Мы видим, что для поддержания посто- янного тока, т.е. движения электронов с поРнс. 82. Электрнчестоянной скоростью, необходимо непрерывное действие силы (равной еЕН где е — заряд электрона).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
