Толық ҰБТ тапсыру
Қазақша

iTest қолданбасын жүктеп алу

Мектеп емтихандарына ыңғайлырақ форматта дайындалыңыз

Әр түрлі ортадағы электр тогы

Конспект

Электр тогын қатты, сұйық және газ тәрізді денелер өткізеді. Әр түрлі ортадағы электр тогының басты айырмашылығы олардағы электр зарядын тасымалдайтын бөлшектерінде және олардың пайда болу табиғатында.

 

Металдар - кристалдық торлы зат. Валенттік электрондар дене ішінде еркін қозғалады. Олардың шоғыры өте үлкен \(10^{28} 1/м^3,\) бұл электрондар бейберекет жылулық қозғалысқа қатысады. Электр өрісінің әсерінен олар \(10^{-4}\) м/с орташа жылдамдықпен қозғалады. Металдарда өткізгіштік электрондық. Электр тогы ‒ электрондардың бағытталған қозғалысы екендігін тәжірибе жүзінде Л. И. Мандельштам мен Н.Д. Папалекси және Б. Стюарт пен Р. Толмен дәлелдеген.

 

Металдарда кедергі торлардың ақауы және иондардың жылулық тербелісінің салдарынан туындайды және температура көтерілген сайын кедергісі артады. Металдардағы электр тогы Ом заңына бағынады.

 

Ерекшеліктері: 1. Металдар арқылы ток жүргенде зат тасымалданбайды

2. Асқын өткізгіштік құбылысы байқалады ( \(T \ ‒ \)төменгі температурада )

 

Сұйықтарда қатты денелер сияқты – диэлектриктер, өткізгіштер және жартылай өткізгіштер болып бөлінеді. Электролиттер - электр тогын өткізетін ерітінділер (тұздардың, қышқылдардың, сілтілердің ерітінділері). Өткізгіштік ‒ иондық (электр тогы ‒ иондардың қозғалысы).

 

Кедергісі - температура көтерілген сайын диссоциациялану дәрежесі артады, яғни иондар концентрациясы артады. Электролитте электр тогы артады, ал кедергісі азаяды.

 

Кедергісі - температура көтерілген сайын диссоциациялану дәрежесі артады, яғни иондар концентрациясы артады. Электролитте электр тогы артады, ал кедергісі азаяды.

 

Электролиттік диссоциация - еріткіштің әсерінен зат молекулаларының ерітіндіде иондарға ыдырауы. \(NaCl\rightarrow Na^+ +Cl^-\)

 

Электролиз - электролит арқылы электр тогы өткенде электродтарда заттың бөлінуі.

 

Электролиз заңдары (Фарадей заңы) \(m = \frac 1F \cdot \frac AnIt\)

 

t уақыт ішінде электродта бөлініп шығатын

заттың массасы \((m)\) электролит арқылы

өтетін зарядтың шамасына тура пропорционал.

\(m=k\cdot q\\ m=k\cdot I \cdot t\)

\(F = 96500 \) Kл/ моль

Фарадей саны

 

\(k = \frac 1F\cdot \frac\mu n \ -\) электрохимиялық эквиваленті деп атайды және бір кулонға келетін килограммен өрнектейді (кг/Кл). \(n \ ‒\) заттың валенттілігі, \(F \ -\) Фарадей саны, \(μ \ –\) молярлық масса.

 

Вакуум - бөлшектерінің еркін жүру жолының ұзындығы (соқтығысуларға дейінгі жүрген арақашықтық) ыдыс өлшемдерінен үлкен болған жағдайдағы өте сиретілген газ. \((Р << Р_{атм}; Р~10^{-13}\) мм.сын.бағ.)

 

Өткізгіштігі электрондық (ток − электрондардың қозғалысы).

Кедергісі болмайды .

Термоэлектрондық эмиссия - қыздырылған денелердің бетінен

(катодтан) еркін электрондардың ұшып шығуы.

Электронның ұшу шарты: \(E_{k(\bar e)}\geq A_ш\)

 

\(E_{k(\bar e)}=\frac{mv^2}2\) (температураға \(t^\circ\) тәуелді); \(A_ш \ ‒\) заттың қасиеттеріне тәуелді электронның заттан шығу жұмысы.

 

Вакуумды диод

Вакуумды диод электр тогын бір бағытта өткізеді. Бұл қасиет біржақтылық деп аталады. Қолданылуы: айнымалы электр тогын түзету.

\(I_қ \ –\) қанығу тогы (катодтың қыздыру \(T- \ \)на байланысты)

 

Триод

Триод – электрлік тербелістерді кү-шейткіш және түзеткіш ретінде қолданылады

 

Электронды-сәулелік түтікше

(осциллограф, телевизор, ЭВМ, радар)

 

  1. қыздыру қыл сымы
  2. катод
  3. электрондық шоқ модуляторы
  4. анодтар жүйесі
  5. горизонталь ауытқытушы пластиналар
  6. вертикаль ауытқытушы пластиналар
  7. люминесценттік қабат (экран)

Электролюменциялық қабатқа электрондар түскенде сәулеленеді

 

Жартылай өткізгіштер - электрлік кедергісі (бос электрондар саны) температурасына және жарықталынуына тәуелді болатын ковалентті байланыстағы заттар \((B, C, Si, Ge, Sn, P, As, Sb, S, Se, T, In).\)

 

Өткізгіштігіэлектрондық және кемтіктік (жартылай өткізгіштердегі электр тогы – электрондар мен кемтіктердің қозғалысы).

 

а) \(t^\circ \ ‒\) температурасы көтерілгенде еркін зарядтардың концен-трациясы артып кедергі азаяды (термо-резисторлар).

ә) Жартылай өткіз-гіштерді жарықтан-дырғанда еркін за-рядтардың шоғыры артып, кедергісі азаяды (фоторезисторлар).

 

Меншікті өткізгіштік - қоспасы жоқ таза жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі (кремний, германий). Қоспасыз жартылай өткізгіште электрондар мен кемтіктердің саны бірдей

\(\boxed {T=OK}\) \(\boxed{T>OK}\)

Барлық валенттік электрондар коваленттік байланыс жасайды (бос зарядтар жоқ)

температурасы артқанда валентті электрондардың бір бөлігі ковалентті байланысын үзеді (еркін зарядтар).

 

(Көрші электрондар үшін жоқ энергетикалық тиімді орын). Жартылай өткізгіш ішінде кемтіктер мен еркін электрондардың орындарының өзгеруінен электр тогы пайда болады

 

Қоспалық өткізгіштік

а) донорлық қоспа (n типті қоспа)

қоспаның валенттілігі негізгі затқа қарағанда көп: негізгі зат - кремний \((Si) – 4\)  валентті, қоспа - мышьяк \((As) – 5\) валентті

- зарядты негізгі тасымалдаушы: электрондар

- қосымша тасымалдаушылар: кемтіктер

\(n \ ‒\) типті жартылай өткізгіштер (электрондық өткізгіштік)

 

 

 

 

б) Акцепторлық қоспа (\(p\) типті қоспа)

негізгі затқа қарағанда қоспаның валенттілігі аз: негізгі зат - кремний \((Si) – 4 \) валентті, қоспа – индий \((In) – 3\)  валентті

Коваленттік байланысты құруға бір электрон жетіспейді – кемтік болады

-негізгі заряд тасымалдаушылар: кемтіктер

-негізгі емес заряд тасымалдаушылар: электрондар

\(p \ -\) типті жартылай өткізгіштер (кемтіктік өткізгіштік)

 

\(p \ – n \ -\) ауысу

кері ауысу 

(негізгі емес заряд тасымалдау -\( (I→0)\)

шылар көмегімен ток пайда болады

Біржақтылық өткізгіштік (диод)

тура ауысу \((I↑)\)

(негізгі заряд тасымал-даушылар \((q)\)  ток тудырады)

\(n-p-n (p-n-p)\) ауысу

(транзистор)

электрлік сигналдарды күшейтеді

 

Газ - өзіне тиісті кеңістікті еркін қозғалатын бөлшектерімен бірқалыпты толтыратын заттың бір күйі. Өткізгіштігіиондық және электрондық (иондар мен электрондар қозғалысы) ток туғызады. Кедергісі: Қалыпты жағдайда газдар-диэлектриктер \((R\rightarrow\infty)\). Иондану кезінде электр тогын тасымалдаушылары пайда болады.

 

Иондану

Ионизатор (ультра-күлгін, рентген және радиоактивті сәуле-ленулер; қыздыру) көмегімен бейтарап атомның оң ион мен электронға ыдырауы.

Рекомбинация

Электрон мен оң ионның бейтарап атом болып бірігуі.

Егер ионизатор әсері тоқтаса газ қайта диэлектрик болады

 

Газдық разрядгаз арқылы электр тогының өтуі.

Тәуелді газ разряды (өздік емес)тек сыртқы ионизатор әсерінен болатын разряд.

 

 

Түтіктегі газ иондалған газда электродтарға \((U)\) кернеу беріледі; түтікте \((I)\)  ток пайда болады. Кернеу \((U)\) артқанда сайын ток күші де артады.

 

 

Бір секунд ішінде пайда болған зарядталған бөлшектер осы уақыт ішінде электродтарға жетеді. (Белгілі бір кернеуде \((U),\) ток қанығады \((I_қ).\) Ионизатор әсері тоқтаса, газ разряды тоқтайды \((I=0).\)

Тәуелсіз газ разряды немесе өздіксыртқы ионизатор әсері тоқтағаннан кейін де газда разрядтың сақталуы

 

Разрядты сақтап тұру үшін ионизатордың қажеті жоқ. Электрондардың соққылауынан иондалу жүреді

 

 

Тәуелсіз разрядтың түрлері

а) Солғын ‒ төменгі қысымды пайда болады (газ түтікшелері және газды лазерлерде).

б)Ұшқындыүлкен электр өрісінде, \(P = P_{атм}\) атмосфералық қысымда (найзағай, диэлектриктің тесілуі).

в) Электр доғасыжақындатылған электродтар арасында (доғалық шамдар, дәнекерлеу).

г) Тәжқисықтығы үлкен беттері (үшкір) бар біртекті емес ортада пайда болады (Эльма әулиенің жарығы).



Сұрақтар
  1. Электролиттерде еркін электр зарядын тасымалдаушылар

  2. \(p\) -типті жартылай өткізгіште заряд тасымалдаушылардың негізгісі

  3. Мыстың атомдық массасы – \(64\cdot10^{-3}\) кг/моль, электронның заряды – \(1,6\cdot10^{-19}\) Кл. Мыстың Менделеев кестесіндегі реттік саны – \(29\). Массасы \(32\) г мыс кесегінің барлық электрондарының заряды

    \((NA=6,02\cdot10^{23}\) моль\(^{-1})\)

  4. Электронды-сәулелік түтікшедегі анодтық ток \(0,48\) А. \( 0,5\) сағатта анодқа келетін электрондар саны

    \((1,6\cdot10^{-19}\) Кл\()\)

  5. Детальді никельдеу кезінде \(2\) сағат бойы ванна арқылы \(25\) А ток өтеді. Никельдің электрохимиялық эквиваленті \(k=3 ·10^{-7}\) кг/Кл болса, ваннаның электродына жиналған никельдің массасы

  6. Электролиз кезінде ток тығыздығы \(10\) А/м\(^2\) болғанда, судағы \(1\) см\(^2\) бетте \(5\) минутта \(2\) валентті заттың неше атомы бөлінеді?

    \((e = 1.6\cdot10^{-19}\)Кл\()\)

  7. Цезийден жасалған катодқа сәуле түсіргенде, жылдамдығы 500 км/с-қа жететін электрондар ұшып шығады. Катодқа түсірілген сәуленің толқын ұзындығын табыңыз. Цезий үшін электрондарды шығару жұмысы: \(1,9\) эВ \(= 3,04\cdot10^{-19}\) Дж; \(m=9,1\cdot10^{-31}\) кг; \(c=3\cdot10^8 \) м/с.

  8. Мыс купорасы ерітіндісі арқылы \(20\) минут бойы \(1,5\) А ток жүргенде, катодта \(549\) мг мыс бөлінеді. Мыстың электрохимиялық эквиваленті және электродқа шөгетін мыс атомының саны

    \((N_A = 6,02\cdot10^{23}\) моль\(^{-1}\); \(m = 0,064\) кг/моль)

  9. Кристалл ішінде еркін электрондардың қозғалысынан пайда болған өткізгіштік ... және кемтіктердің қозғалысынан пайда болған өткізгіштік ... деп аталады

  10. Мыс сульфиті ерітіндісінің электролизі барысында \(4\) кВт ⋅ сағ жұмыс жасалады. Ванна электродтары арасындағы кернеу \(6\) В болса, бөлініп шыққан мыстың мөлшері 

    \((k = 3,3\cdot10\)\(^{–7}\)кг/Кл\()\)

  11. Ток күші \(4\) А болғанда тұздан жасалған катодқа \(40\) мин ішінде кез келген екі валентті металдың қанша зат мөлшері шөгеді?

    \((\)\(=0,33\cdot10^{-6}\) кг/кл; М\(=0,0635\) кг/моль; \(N_A=\)\(6,02\cdot10^{23})\)

  12. Өткізгіштегі электр тогының өткізгішке тигізетін әсерінен байқалатын токтың әрекеті

  13. Электролиз кезінде бір дене \(16\) мин ішінде ауданы \(0,2\) м\(^2\), қалыңдығы \(1,7 \cdot10^{-6}\) м  күміспен қапталады. Тізбектегі ток күші қандай? Күміс  k \(= 1.118\cdot10^{-6}\)кг/ Кл. Күмістің тығыздығы – \(10,5\cdot10^3\)кг/м\(^3\).

  14. Электрон ең аз дегенде қандай жылдамдықта күмістен ұшып шыға алады? Егер \(А_ш= 6,9\cdot10^{-19}\) Дж, \( m = 9,1\cdot10^{-31}\) кг.

  15. Көлденең қимасы \(1 \) мм\(^2\) мыс өткізгіштің бойымен өтетін ток күші – \(10\) мА. Электрондардың өткізгіш бойымен реттелген қозғалысының жылдамдығын табыңыз. Мыстың әр атомына бір электрондық өткізгіштік сәйкес келеді. \(ρ= 8900\) кг/м\(^3\); \(M= 64\cdot10^{-3} \) кг/моль \( e= 1,6\cdot10^{-19} \) Кл

  16. Барлық зат электр өткізгіштігіне қарай үш топқа бөлінеді

  17. Фарадейдің бірінші заңының математикалық өрнегі болатын формула

  18. Ток күші \(5\) А болғанда \(30\) мин ішінде тұздан жасалған катодқа кез келген екі валентті металдың қанша зат мөлшері шөгеді?

    (\(K = 0,33 \cdot 10^{-6}\) кг/кл, \(M = 0,06^{35}\) кг/моль, \(N_A = 6,02 \cdot 10^{23}\)моль\(^{-1}\), \(n=2\)\(e = 1,6 \cdot 10^{-19}\) Кл)

  19. Мысты электролиздеу кезінде электролиттік ваннаның электронындағы кернеуі \(10\) В кезінде жүргізілді, осы кезде \(10\) кВт ⋅ сағ энергия жұмсалды. Құрылғының ПӘК-і – \(80\)\(\%\). Электролиз кезіндегі бөлініп шыққан мыстың массасы

    (\(k= 0,33⋅10^{-6}\) кг / Кл)

Қате туралы хабарландыру