Pristatymas tema: “ Elektros srovė įvairiose aplinkose ”

Pagaminta Karina Žitina

8 klasės mokinys.

Elektros srovė gali tekėti penkiose skirtingose ​​aplinkose:

Metalai

vakuumas

Puslaidininkiai

Skysčiai

Elektros srovė metaluose:

Elektros srovė metaluose yra tvarkingas elektronų judėjimas veikiant elektriniam laukui. Eksperimentai rodo, kad srovei tekant metaliniu laidininku nevyksta medžiagos pernešimas, todėl metalo jonai nedalyvauja perduodant elektros krūvį.

Tolmano ir Stewarto eksperimentai yra įrodymas, kad metalai turi elektroninį laidumą.

Ritė su daugybe plonos vielos vijų buvo greitai sukama aplink savo ašį. Ritės galai buvo sujungti lanksčiais laidais su jautriu balistinis galvanometras G. Nesusukta ritė smarkiai sulėtėjo, o grandinėje atsirado trumpalaikė srovė dėl elektronų inercijos.

Išvada: 1. metalų krūvininkai yra elektronai;

2. krūvininkų susidarymo procesas – valentinių elektronų socializacija;

3. srovės stipris yra tiesiogiai proporcingas įtampai ir atvirkščiai proporcingas laidininko varžai – įvykdytas Omo dėsnis;

4. Techninis elektros srovės panaudojimas metaluose: variklių, transformatorių, generatorių apvijos, instaliacija pastatų viduje, elektros perdavimo tinklai, maitinimo kabeliai.

Elektros srovė vakuume

- Vakuuminis- labai išretintos dujos, kuriose vidutinis laisvas dalelės kelias yra didesnis už indo dydį, tai yra, molekulė skrenda nuo vienos indo sienelės prie kitos nesusidurdama su kitomis molekulėmis. Dėl to vakuume nėra laisvųjų krūvininkų, nevyksta elektros srovė. Krūvnešiams sukurti vakuume naudojamas termioninės emisijos reiškinys.

TERMOELEKTRONINĖ EMISIJA – tai elektronų „išgaravimo“ reiškinys nuo įkaitinto metalo paviršiaus.

Į vakuumą įvedama metalinė spiralė, padengta metalo oksidu, kaitinama elektros srove (kaitinamoji grandinė), o nuo spiralės paviršiaus išgaruoja elektronai, kurių judėjimą galima valdyti elektriniu lauku.

Skaidrėje pavaizduota dviejų elektrodų lempa

Tokia lempa vadinama vakuuminiu diodu.

Šis vakuuminis vamzdis vadinamas vakuuminiu TRIODU.

Turi trečią elektrodą – tinklelį, ant kurio potencialo ženklas valdo elektronų srautą.

Išvados:1. krūvininkai – elektronai;

2. krūvininkų susidarymo procesas – terminė emisija;

3. Omo dėsnis neįvykdytas;

4. techninis pritaikymas - vakuuminės lempos (diodas, triodas), katodinių spindulių vamzdis.

Elektros srovė puslaidininkiuose

Kai kurie elektronai kaitinami arba apšviesti kristale įgyja galimybę laisvai judėti, todėl veikiant elektriniam laukui įvyksta nukreiptas elektronų judėjimas.

Puslaidininkiai yra laidininkų ir izoliatorių kryžius.

- Puslaidininkiai - kietosios medžiagos, kurių laidumas priklauso nuo išorinių sąlygų (daugiausia nuo šildymo ir apšvietimo).

Mažėjant temperatūrai, mažėja metalų atsparumas. Puslaidininkiuose, priešingai, mažėjant temperatūrai, atsparumas didėja ir beveik absoliutus nulis praktiškai tampa izoliatoriais.

Gryno puslaidininkio savitoji varža ρ kaip absoliučios temperatūros funkcija T .

Puslaidininkių savitasis laidumas

Germanio atomų išoriniame apvalkale yra keturi laisvai surišti elektronai. Jie vadinami valentiniai elektronai . Kristalinėje gardelėje kiekvienas atomas yra apsuptas keturių artimiausių kaimynų. Ryšys tarp atomų germanio kristale yra kovalentinis , t.y., atlieka valentinių elektronų poros. Kiekvienas valentinis elektronas priklauso dviem atomams.Valentiniai elektronai germanio kristale yra daug stipriau surišti su atomais nei metaluose; todėl laidumo elektronų koncentracija kambario temperatūroje puslaidininkiuose yra daug dydžių mažesnė nei metaluose. Prie absoliutaus nulio temperatūros germanio kristale visi elektronai dalyvauja formuojant ryšius. Toks kristalas nepraleidžia elektros.

Elektronų ir skylių poros susidarymas

Didėjant temperatūrai arba padidėjus apšvietimui, kai kurie valentiniai elektronai gali gauti energijos, kurios pakaktų kovalentiniams ryšiams nutraukti. Tada kristale atsiras laisvieji elektronai (laidumo elektronai). Tuo pačiu metu ryšių nutrūkimo vietose susidaro laisvos vietos, kurios nėra užimtos elektronų. Šios laisvos darbo vietos vadinamos skyles ».

Puslaidininkių priemaišų laidumas

Puslaidininkių laidumas, esant priemaišoms, vadinamas priemaišų laidumu. Yra du priemaišų laidumo tipai - elektroninis ir skylė laidumas.

Elektroninė ir perforuotas laidumas.

Jei priemaišos valentingumas yra didesnis nei gryno puslaidininkio, tada atsiranda laisvųjų elektronų. Laidumas - elektroninis, priemaiša donoras, puslaidininkis n - tipas.

Jei priemaišos valentingumas yra mažesnis nei gryno puslaidininkio, atsiranda jungties pertrūkiai - skylės. Laidumas - skylė, priemaiša priėmėjas, puslaidininkis p - tipas.

Išvados:1. krūvininkai – elektronai ir skylės;

2. krūvininkų susidarymo procesas – kaitinimas, apšvietimas arba priemaišų įvedimas;

3. Omo dėsnis neįvykdytas;

4. techninis pritaikymas – elektronika.

Elektros srovė skysčiuose

- elektrolitų Įprasta vadinti laidžias terpes, kuriose elektros srovės tėkmę lydi medžiagos pernešimas. Laisvųjų krūvių nešikliai elektrolituose yra teigiamo ir neigiamo krūvio jonai. Elektrolitai yra vandeniniai neorganinių rūgščių, druskų ir šarmų tirpalai.

Didėjant temperatūrai elektrolitų varža mažėja, nes didėjant temperatūrai jonų skaičius didėja.

- Elektrolito varžos ir temperatūros grafikas.

Elektrolizės reiškinys

Tai medžiagų, įtrauktų į elektrolitus, išsiskyrimas ant elektrodų;
Teigiamai įkrauti jonai (anijonai), veikiami elektrinio lauko, linksta į neigiamą katodą, o neigiamo krūvio jonai (katijonai) - į teigiamą anodą.
Prie anodo neigiami jonai dovanoja papildomų elektronų (oksidacinė reakcija)
Prie katodo teigiami jonai priima trūkstamus elektronus (redukcija).

Faradėjaus elektrolizės dėsniai.

Elektrolizės dėsniai nustato medžiagos, išsiskiriančios elektrolizės metu prie katodo arba anodo, masę visą laiką, kol elektros srovė praeina per elektrolitą.

K yra elektrocheminis medžiagos ekvivalentas,
skaitine prasme lygi medžiagos masei, išsiskiriančiai ant elektrodo, kai per elektrolitą praeina 1 C krūvis.

Išvada: 1. krūvininkai – teigiami ir neigiami jonai;

- 2. krūvininkų susidarymo procesas – elektrolitinė disociacija;

- 3 .elektrolitai paklūsta Omo dėsniui;

- 4. Elektrolizės taikymas :
spalvotųjų metalų gavimas(valymas nuo nešvarumų – rafinavimas); galvanizavimas- Metalo dangų gavimas (nikeliavimas, chromavimas, auksavimas, sidabravimas ir kt.);
elektrotipas- nulupamų dangų (reljefinių kopijų) gavimas.

Elektros srovė dujose

Įkrauname kondensatorių ir prijungiame jo plokštes prie elektrometro. Kondensatoriaus plokštelių įkrovimas išlaikomas savavališkai ilgą laiką, nėra įkrovos perkėlimo iš vienos kondensatoriaus plokštės į kitą. Todėl oras tarp kondensatoriaus plokščių nelaidžia srovės.

Įprastomis sąlygomis jokios dujos nelaidžia elektros srovės. Dabar pašildykime orą tarpe tarp kondensatoriaus plokščių, įvesdami į jį uždegtą degiklį. Elektrometras parodys srovės atsiradimą, todėl esant aukštai temperatūrai dalis neutralių dujų molekulių skyla į teigiamus ir neigiamus jonus. Toks reiškinys vadinamas jonizacija dujų.

Elektros srovės pratekėjimas per dujas vadinamas išlydžiu.

Iškrova, kuri egzistuoja veikiant išoriniam jonizatoriui, yra priklausomas .

Jei išorinio jonizatoriaus veikimas tęsiasi, po tam tikro laiko dujose susidaro vidinė jonizacija (jonizacija elektronų smūgiu) ir išlydis tampa nepriklausomas .

Savaiminio išsikrovimo tipai:

SKIRTAS

KARŪNA

kibirkštinio išlydžio

Esant pakankamai dideliam lauko stiprumui (apie 3 MV / m), tarp elektrodų atsiranda elektros kibirkštis, kuri yra ryškiai švytinčio vingiuoto kanalo, jungiančio abu elektrodus, formą. Dujos šalia kibirkšties įkaitinamos iki aukštos temperatūros ir staiga išsiplečia, dėl to kyla garso bangos ir išgirstame būdingą traškėjimą.

Žaibas. Gražus ir nesaugus gamtos reiškinys – žaibas – tai kibirkštinis išlydis atmosferoje.

Jau XVIII amžiaus viduryje buvo teigiama, kad perkūnijos debesys neša didelius elektros krūvius ir kad žaibas yra milžiniška kibirkštis, tik dydis, niekuo nesiskiriantis nuo kibirkšties tarp elektros mašinos kamuoliukų. Į tai atkreipė dėmesį, pavyzdžiui, rusų fizikas ir chemikas Michailas Vasiljevičius Lomonosovas (1711-1765), kuris kartu su kitais moksliniais klausimais nagrinėjo atmosferos elektrą.

Elektros lankas (lanko išlydis)

1802 metais rusų fizikas V.V. Petrovas (1761-1834) išsiaiškino, kad jei prie didelės elektros baterijos polių pritvirtinami du anglies gabalai ir, kai anglis susiliečia, jas šiek tiek atitraukia, tada tarp anglies galų susidaro ryški liepsna ir pačių anglių galai įkaista ir skleidžia akinančią šviesą.

Elektros srovė metaluose

Metalai yra geri elektros laidininkai. Taip yra dėl jų vidinės struktūros. Visuose metaluose išoriniai valentiniai elektronai yra silpnai susieti su branduoliu, o kai atomai susijungia į kristalinę gardelę, šie elektronai tampa bendri, priklausantys visam metalo gabalui.

Krūvnešiai metaluose yra elektronų .

Metaluose esantys elektronai, patekę į elektrinį lauką, juda pastoviu vidutiniu greičiu, proporcingu lauko stiprumui.

Laidininko varžos priklausomybė nuo temperatūros

Kylant temperatūrai, didėja laidumo elektronų šiluminio judėjimo greitis, dėl to padidėja susidūrimų su kristalinės gardelės jonais dažnis ir dėl to padidėja atsparumas.

Superlaidumas - staigaus laidininko varžos sumažėjimo iki nulio reiškinys, kai jis atšaldomas iki kritinės temperatūros (priklausomai nuo medžiagos tipo).

Superlaidumas yra kvantinis efektas. Tai paaiškinama tuo, kad žemoje temperatūroje makroskopinis elektronų skaičius elgiasi kaip vienas objektas. Jie negali keistis energijos dalimis su kristaline gardele, kurios yra mažesnės už jų rišimosi energiją, todėl šiluminė energija neišsisklaido, o tai reiškia, kad nėra pasipriešinimo.

Tokia elektronų sąjunga įmanoma, kai jie sudaro bozonines (Cooperio) poras – koreliuojančią elektronų būseną su priešingais sukiniais ir momentais.

Meisnerio efektas yra magnetinio lauko poslinkis iš superlaidininko. Superlaidžios būsenos laidininko viduje cirkuliuoja neslopintos srovės, sukurdamos magnetinį lauką, priešingą išoriniam. Stiprus magnetinis laukas naikina superlaidumą.

Elektros srovė skysčiuose

elektrolitų Įprasta vadinti laidžias terpes, kuriose elektros srovės tėkmę lydi medžiagos pernešimas

Pasiekę katodą, vario jonai yra neutralizuojami katodo elektronų pertekliaus ir virsta neutraliais atomais, kurie nusėda ant katodo. Chloro jonai, pasiekę anodą, dovanoja po vieną elektroną. Chloras ant anodo išsiskiria burbuliukų pavidalu.

Elektrolizės dėsnį eksperimentiškai nustatė anglų fizikas M. Faradėjus 1833 m. Faradėjaus dėsnis)

m- grynos medžiagos, išsiskiriančios dėl elektrolizės, masė

k- medžiagos elektrocheminis ekvivalentas

čia N A yra Avogadro konstanta, M = m 0 N A yra medžiagos molinė masė,
F \u003d en A \u003d 96485 C / mol- Faradėjaus konstanta

Faradėjaus konstanta skaitine prasme yra lygi krūviui, kuris turi būti praleistas per elektrolitą, kad ant elektrodo išsiskirtų vienas molis monovalentės medžiagos

Faradėjaus elektrolizės dėsnis

Elektros srovė dujose

Įprastomis sąlygomis visos dujos yra dielektrikai, tai yra, jos nelaidžia elektros. Ši savybė paaiškina, pavyzdžiui, plačiai paplitusį oro kaip izoliacinės medžiagos naudojimą. Jungiklių ir peilių jungiklių veikimo principas būtent paremtas tuo, kad atidarę metalinius jų kontaktus, tarp jų sukuriame oro sluoksnį, kuris nelaidžia srovės.

Tačiau tam tikromis sąlygomis dujos gali tapti laidininkais. Pavyzdžiui, liepsna, patekusi į tarpą tarp dviejų metalinių diskų (žr. paveikslą), galvanometras nustato srovės atsiradimą. Taigi daroma išvada: liepsna, tai yra iki aukštos temperatūros įkaitintos dujos, yra elektros srovės laidininkas.

Šildymas nėra vienintelis būdas paversti dujas laidininku. Vietoj liepsnos gali būti naudojama ultravioletinė arba rentgeno spinduliuotė, taip pat alfa dalelių ar elektronų srautas. Eksperimentai parodė, kad bet kuri iš šių priežasčių sukelia dujų molekulių jonizaciją.

Srovės pratekėjimas per dujas vadinamas dujų išlydžiu. Mes ką tik apsvarstėme vadinamojo neišsilaikančios iškrovos pavyzdį. Jis taip vadinamas todėl, kad jam palaikyti reikalingas koks nors jonizatorius – liepsna, spinduliuotė ar įkrautų dalelių srautas. Eksperimentai rodo, kad pašalinus jonizatorių, jonai ir elektronai greitai rekombinuosis (sakoma: rekombinuosis), vėl sudarydami elektriškai neutralias molekules. Dėl to dujos nustoja vesti srovę, tai yra, tampa dielektriku.

Nepriklausomas ir nepalaikomas dujų laidumas

Norint, kad dujos būtų laidžios, vienaip ar kitaip į jas reikia įvesti arba sukurti laisvųjų krūvininkų – įkrautų dalelių. Šiuo atveju galimi du atvejai: arba šios įkrautos dalelės susidaro veikiant kokiam nors išoriniam veiksniui arba patenka į dujas iš išorės – nesavaiminio laidumo, arba jos susidaro dujose veikiant pats elektrinis laukas, esantis tarp elektrodų – savaiminis laidumas.

Neišlaikančio laidumo atveju, esant mažoms U reikšmėms, grafikas atrodo kaip tiesi linija, t.y. Apytiksliai lieka galioti Ohmo dėsnis; didėjant U, kreivė nuo tam tikro įtempio išlinksta ir pereina į horizontalią tiesią liniją.

Tai reiškia, kad, pradedant nuo tam tikros įtampos, srovė išlieka pastovi, nepaisant įtampos padidėjimo. Ši pastovi, nuo įtampos nepriklausoma srovės vertė vadinama soties srove.

Nesavaiminis dujų išleidimas - iškrova, kuri egzistuoja tik veikiant išoriniams jonizatoriams.

Didėjant įtampai, atsiranda smūginė jonizacija – elektronų išmušimo iš neutralių molekulių reiškinys – krūvininkų skaičius didėja kaip lavina. Yra nepriklausomas iškrovimas.

Nepriklausomas dujų išleidimas - iškrova, atsirandanti pašalinus išorinius jonizatorius.

Procesai, turintys įtakos dujų laidumui

Šiluminė jonizacija- susidūrus neutraliems atomams, elektronai išmušami ir atomai virsta teigiamais jonais
Radiacinė jonizacija(fotojonizacija) - atomo skilimas į elektroną ir teigiamą joną veikiant šviesai
Jonizacija elektronų smūgiu- elektrono išmušimas iš atomo pagreitintu elektronu, susidarant teigiamam jonui
Antrinė elektronų emisija iš katodo - elektronų išmušimas iš katodo teigiamais jonais
Termioninė emisija- elektronų spinduliavimas įkaitintu metalu

Švytėjimo iškrova: Esant kelių dešimtųjų gyvsidabrio milimetro dujų slėgiui, iškrova turi tipišką formą, schematiškai parodyta Fig. Tai srovė jonizuotose dujose, tiksliau, žemos temperatūros plazmoje. Švytėjimo išlydis susidaro, kai srovė teka per išleidžiamas dujas. Kai tik įtampa viršija tam tikrą vertę, dujos lemputėje jonizuojasi ir pradeda švytėti. Tiesą sakant, tai yra elektros srovė ne tiek dujose, kiek plazmoje. Dujų (plazmos) švytėjimo spalva priklauso nuo dujų medžiagos.

kibirkšties iškrova: Esant pakankamai dideliam lauko stiprumui (apie 3 MV / m), tarp elektrodų atsiranda elektros kibirkštis, kuri yra ryškiai švytinčio vingiuoto kanalo, jungiančio abu elektrodus, formą. Dujos šalia kibirkšties įkaitinamos iki aukštos temperatūros ir staiga išsiplečia, dėl to kyla garso bangos ir išgirstame būdingą traškėjimą. Jis atsiranda normaliomis sąlygomis, esant normaliam atmosferos slėgiui, kaip ir švytėjimo iškrova dėl dujų jonizacijos, tačiau esant aukštai įtampai, priešingai nei lankinio išlydžio atveju, kai pirmiausia svarbus didelis srovės tankis.

Koronos išleidimas: atsiranda stipriame elektriniame lauke, kurio intensyvumas yra pakankamas, kad sukeltų dujų (arba skysčio) jonizaciją. Elektrinis laukas šiuo atveju nėra vienodas, kai kur intensyvumas yra daug didesnis. Susidaro lauko potencialų gradientas (skirtumas), o ten, kur potencialas didesnis, dujų jonizacija yra stipresnė, intensyvesnė, tada jonų srautas pasiekia kitą lauko dalį, taip formuodamas elektros srautą. Dėl to susidaro keistų formų vainikinių dujų išlydis, priklausomai nuo laidininkų – lauko stiprumo šaltinių – geometrijos.

Lanko iškrova: vaizduoja elektrinį dujų skilimą, kuris vėliau tampa nuolatine plazmos iškrova – susidaro lankas, susidaro elektros lankas. Lankinis išlydis pasižymi žemesne įtampa nei švytėjimo išlydis. Jį daugiausia palaiko terminė emisija, kai iš elektrodų išsiskiria elektronai. Senas tokio lanko pavadinimas yra „įtampos lankas“. Išskirtinis tokio lanko bruožas yra didelis srovės tankis ir žema įtampa, kurią riboja srovės šaltinis. Norint sukurti tokį lanką, elektrodai artėja vienas prie kito, įvyksta gedimas ir tada jie atsiskiria.

Elektros korpuskulinės struktūros idėją pasiūlė ir rezultatai, gauti tiriant elektrinius reiškinius dujose. Elektros tekėjimas per dujas ir su šiuo procesu susiję reiškiniai laboratorinėmis sąlygomis buvo stebimi jau XVIII amžiaus viduryje. Tačiau sistemingai šie reiškiniai pradėti tyrinėti daug vėliau, XIX amžiaus viduryje.

1838 m. Faradėjus, svarstydamas elektros pratekėjimą per retintas dujas, nustatė, kad švytėjimas, lydintis tokią iškrovą, turi tam tikrą struktūrą. Faradėjus nesukūrė šio reiškinio teorijos, bet nurodė, kad tokių stebėjimų rezultatai ateityje “ turės daug didesnę įtaką elektros doktrinos teorijai, nei galime įsivaizduoti šiuo metu».

Nuo šeštojo dešimtmečio, po Heinrichas Geisleris(1814-1879) pradėjo gaminti dujų išlydžio vamzdžius (savo vardu), intensyvėjo išmetimų dujose tyrimai. 1858-1859 metais. Julius Plückeris(1801–1861), tirdamas elektros iškrovą tokiuose vamzdeliuose, atrado „katodinių spindulių“ egzistavimą. Jis pastebėjo, kad jei katodas pagamintas taško pavidalu, tada švytėjimas yra iš katodo besitęsiančios laido formos. Šis „laidas“ buvo nukreiptas magnetinio lauko. Plückeris padarė išvadą, kad tai buvo įkrautų dalelių srautas, skrendantis nuo katodo iki anodo. Jis taip pat pastebėjo, kad stiklas prie katodo pradėjo švytėti.

Daugelio fizikų atlikti tyrimai patvirtino Plückerio nustatytus faktus ir papildė juos naujais. Nebuvo sutarimo dėl šių dalelių pobūdžio. Pavyzdžiui, Williamas Crooksas(1832-1919) padarė išvadą, kad katodiniai spinduliai yra ypatingų neigiamai įkrautų dalelių srautas ir yra ketvirtoji materijos būsena. Kiti manė, kad katodiniai spinduliai yra įprastų dalelių (atomų ar molekulių), turinčių elektros krūvį, srautas.

Molekulinei Crookes hipotezei apie katodinių spindulių prigimtį prieštaravo bangų hipotezė, kuriai pritarė vokiečių mokslininkai Wiedemannas, Goldsteinas ir Lenardas. Hercas, dar buvęs Helmholco teorijos, leidusios egzistuoti ne tik skersinėms, bet ir išilginėms elektromagnetinėms bangoms, įtakoje, katodinius spindulius laikė ir išilginėmis bangomis eteryje. Tačiau Hertz nepavyko pasiekti katodinių spindulių nukreipimo, kai jie praeina per elektrostatinį lauką. 1892 m. jis parodė, kad katodiniai spinduliai gali prasiskverbti į plonas aliuminio plokštes.

Pasinaudojus šiuo atradimu, Filipas Lenardas(1862–1947) šiuos spindulius išgavo iš vamzdžio, prieš katodą esančią stiklinio vamzdžio dalį pakeisdami metaline folija, pakankamai stipria, kad atlaikytų atmosferos slėgį.

Tačiau bangų hipotezė nesuderinama su faktu, kad katodinius spindulius nukreipia magnetas, nes šviesos bangos neveikia magnetinio lauko. Tiek Crookeso molekulinė hipotezė, tiek Goldsteino bangos hipotezė pasirodė nepatenkinamos. Norint išeiti iš šio sunkumo, reikėjo papildomų eksperimentinių duomenų.

Elektronikos gimimas

Juos gavo jaunas fizikas Žanas Perinas(1870–1942), kuris vėliau dirbo su Lippmannu École normalioje laboratorijoje Paryžiuje. Perrinas išlydžio vamzdyje prieš katodą įdėjo uždarą metalinį cilindrą su maža skylute, nukreipta į katodą 10 cm atstumu nuo jo, ir prijungė cilindrą prie elektroskopo. Vamzdžio veikimo metu į cilindrą prasiskverbė katodinių spindulių pluoštas, o cilindras visada pasirodė neigiamai įkrautas. Norėdami patikrinti, pakako nukreipti katodinius spindulius magnetu, kad jie neprasiskverbtų į cilindrą, ir iškart pasirodė, kad prie cilindro pritvirtintas elektroskopas yra neįkrautas.

Iš to galima daryti išvadą: katodiniai spinduliai yra neigiami elektros krūviai, todėl jų materialinė prigimtis atrodo daug labiau tikėtina nei banga.

Tai buvo 1895 m. Šiais metais gimė elektronika.

Devintajame dešimtmetyje galutinai buvo aišku, kad dujos nėra absoliučios izoliatoriai ir, nors ir silpnai, praleidžia elektros srovę; jų laidumą galima padidinti, pavyzdžiui, kaitinant. Buvo pasiūlyta, kad, kaip ir elektrolitų laidumą, dujų laidumą lemia įkrautų jonų dalelių buvimas.

Šį požiūrį išsamiai išplėtojo 1882 m Vilhelmas Giesas. Pagal jo teoriją, dujose visada yra tam tikras kiekis įkrautų dalelių, susidarančių dėl molekulių padalijimo į teigiamas ir neigiamas daleles-jonus, kurios, kaip ir skysčiuose, praleidžia elektrą. Tačiau normaliomis sąlygomis tokių jonų dujose yra labai mažai. Esant aukštesnei temperatūrai, jų skaičius didėja, o laidumas didėja.

Prie šios teorijos prisijungė ir anglų fizikas. Artūras Šusteris(1851-1934), manęs, kad dujų dalelės – jonai – visada turi tam tikrą elektros krūvį. Tęsdamas savo tyrimus, Schusteris bandė šią teoriją išbandyti eksperimentiškai ir tuo pačiu nustatyti tokių jonų krūvio ir masės santykį. Norėdami tai padaryti, jis nusprendė panaudoti katodinių spindulių nukreipimo magnetiniame lauke reiškinį. Žinant magnetinio lauko stiprumą, potencialų skirtumą ir matuojant katodinių spindulių deformaciją magnetiniame lauke, galima apskaičiuoti katodo dalelių krūvio ir masės santykį. Tokį eksperimentą atliko Schusteris, kuris tai gavo e/m = 10^(11) C/kg.

Šis rezultatas Schusteriui atrodė abejotinas. Jis manė, kad e/m santykis katodiniuose spinduliuose turėtų būti tokio dydžio kaip vandenilio jono e/m santykis, apskaičiuotas pagal elektrolizės duomenis, ty apie 10^(8) C/kg. "... Iš to galėčiau daryti išvadą Schusteris rašo, kad arba elektros kiekis, pernešamas išlydžio metu dujose, yra daug didesnis nei jonų pernešamas elektrolizės metu, arba kad jos „nešiklio“ masė yra daug mažesnė“. Tačiau Schusteris tokios išvados tuomet nepadarė. Jo tyrimai buvo paskelbti 1890 m., tačiau dėmesio nesulaukė.

Galiausiai taip pat buvo iškelta hipotezė, kad laidumo srovė atsiranda dėl diskrečiųjų krūvių judėjimo. Ši idėja priklausė Fechneriui, vėliau ją išplėtojo Weberis.

Iš pradžių Weberis nediskutavo klausimo apie ryšį tarp „elektros atomų“ ir medžiagų atomų, tačiau paskui elektrinėms dalelėms teko priskirti masę. Tai buvo padaryta per diskusiją su Helmholtzu apie jo teorijos ryšį su energijos tvermės dėsniu. 1871 m. jis rašė, kad su " kiekvienas svarus jonas yra susietas su elektriniu atomu».

Taikydamas šią hipotezę, Weberis bandė paaiškinti daugybę reiškinių, susijusių su elektros srove, įskaitant šilumos susidarymą laidininkuose dėl srovės, termoelektrą, Peltjė reiškinį ir kt. Tuo pat metu jam pavyko numatyti keletą nuostatų, vėliau nustatytų elektroninėje srityje. teorija.

Įkrautos medžiagos dalelės, vadinamos Lorenco jonais, savo aplinkoje, ty eteryje, sukelia ypatingą būseną, kurią lemia elektros reikšmės. E ir magnetinis H laukai. Įkrauta dalelė turi patirti jėgą, kuri priklauso nuo verčių E ir H jo buvimo vietoje, taip pat jo judėjimo greičiu. Ši jėga vadinama Lorenco jėga.

Neįmanoma tiesiogiai taikyti Lorenco lygties elektromagnetiniams procesams makroskopiniu mastu apibūdinti esant terpei. Kiekiai E ir H keisti savo reikšmes jau atominių matmenų atstumu ir, be to, itin greitai, kad matavimui prieinamų elektrinių ir magnetinių laukų vertės būtų vidutinės šių dydžių vertės. Todėl, kad Lorenco lygtis būtų galima taikyti makroskopiniams laukams, jos turi būti suvidurkintos. Stacionarios terpės atveju gaunamos įprastos Maksvelo lygtys. Tuo atveju, kai terpė turi magnetinių savybių, Lorenco lygčių vidurkinimas yra sunkesnis, tačiau net ir tada stacionariai terpei pasiekiame Maksvelo lygtis. Tuo atveju, kai terpė juda kaip visuma, Lorenco lygčių vidurkis sukuria naujas lygtis, kurias Lorentzas laiko judančios terpės lygtimis.

Reikėtų pažymėti, kad Lorentzo elektroninės teorijos plėtra daugiausia buvo dėl bandymo sukurti judančių terpių elektrodinamiką. Tai yra jo pagrindinio darbo pavadinimo priežastis " Judančių kūnų elektrinių ir optinių reiškinių teorijos patirtis».

Pirmoji rimta naujosios teorijos sėkmė buvo 1896 m. atrastos paaiškinimas Peteris Zeemanas(1865-1943) spektro linijų skilimo magnetiniame lauke reiškinys. Pradinėje Zeemano sąrankoje nebuvo pakankamai tikslių prietaisų, o Zeemanas tik pastebėjo, kad spektrinės linijos plečiasi, kai šviesos šaltinis yra įdėtas į magnetinį lauką. Sužinojęs pirmojo Zeemano eksperimento rezultatus, Lorentzas juos paaiškino remdamasis elektronų teorija. Tuo pat metu jis numatė, kad Zeemano eksperimento spektrinės linijos turėtų ne tik išsiplėsti, bet ir padalinti į dvi ar tris, priklausomai nuo krypties, kuria stebima magnetinio lauko krypties atžvilgiu. Lorencas taip pat nustatė, kad šios linijos turi būti tam tikru būdu poliarizuotos. Vėlesni eksperimentiniai tyrimai patvirtino Lorentzo išvadas ir taip patvirtino elektronų teoriją.

Netrukus po elektroninės teorijos sukūrimo buvo sukurta elektroninė metalų teorija. vokiečių fizikas Paulius Drudas(1863-1906) manė, kad metalo elektronai yra laisvi ir elgiasi kaip idealūs dujų atomai. Ši hipotezė leido jam, taikant dujų kinetinės teorijos metodus elektronams metalo viduje, sukurti elektroninę metalų teoriją, kurią toliau plėtojo Lorentzas 1904–1907 m.

Taip pat buvo gauti nauji rezultatai taikant elektroninę teoriją kūnų magnetinėms savybėms paaiškinti. Idėjų apie elektronus plėtra iškėlė užduotį šios teorijos požiūriu apsvarstyti paramagnetizmo ir diamagnetizmo reiškinius.

Pirmą kartą elektroninę diamagnetizmo teoriją pradėjo kurti anglų mokslininkas Džozefas Larmoras(1957-1942), kuris kartu su Lorentzu dalyvavo kuriant bendrąją elektronų teoriją. Larmoras diamagnetizmo reiškinius aiškino atsižvelgdamas į elektronų judėjimą materijoje, atsižvelgdamas į išorinio magnetinio lauko veikimą (Larmor precesiją).

1905 metais Paulius Langevinas(1872-1946) sukūrė išsamesnę ir griežtesnę elektroninę diamagnetizmo ir paramagnetizmo teoriją. Elektroninė feromagnetizmo teorija buvo sukurta 1907 m Pierre'as Weissas(1865-1940).

19 amžiaus pabaiga fizikos istorijoje buvo pažymėta daugybe esminių atradimų, sukėlusių mokslinę revoliuciją fizikų požiūriu. Svarbiausi iš jų buvo elektrono atradimas ir jo masės priklausomybės nuo greičio nustatymas, o vėliau – radioaktyvumo atradimas. Reikėtų pažymėti fotoelektrinio efekto ir jo dėsnių atradimą, taip pat rentgeno spindulių atradimą. Paskutiniai du atradimai, be jų reikšmės idėjoms apie fizikinius reiškinius plėtoti, suvaidino reikšmingą vaidmenį tiek atrandant elektroną ir elektromagnetinę masę, tiek atrandant radioaktyvumą.

1895 metais Vilhelmas Konradas Rentgenas(1845-1923) atrado spindulius, vadinamus rentgeno spinduliais. Šis atradimas nepaprastai sudomino mokslininkus ir sukėlė plačias diskusijas apie jų prigimtį. Greitai išsiaiškinta nemažai šių neįprastų spindulių savybių: gebėjimas prasiskverbti pro nepermatomus kūnus, jonizuoti dujas ir pan., tačiau pačių spindulių prigimtis liko neaiški.

Rentgenas iškėlė hipotezę, kad spinduliai yra išilginės elektromagnetinės bangos. Buvo hipotezė apie šių spindulių korpuskulinį pobūdį. Kita vertus, labai greitai po Rentgeno atradimo buvo pasiūlyta, kad šie spinduliai yra elektromagnetinės bangos elektromagnetinių impulsų pavidalu, kurie atsitiktinai seka vienas kitą.

Tačiau visi bandymai atrasti rentgeno spindulių bangines savybes, pavyzdžiui, stebėti jų difrakciją, ilgą laiką buvo nesėkmingi, kol vokiečių fizikas. Maksas Feliksas Teodoras Laue(1979-1960) nesugalvojo vietoj difrakcinės gardelės panaudoti kristalą ir bandyti aptikti rentgeno spindulių difrakciją iš kristalinės gardelės (eksperimentas pirmą kartą atliktas tik 1925 m.).

Rentgeno spindulių atradimas prisidėjo prie dujų elektrinio laidumo ir katodinių spindulių tyrimo.

Džozefas Džonas Tomsonas(1856-1940) ir Ernestas Rutherfordas(1871-1937) nustatė, kad švitinant rentgeno spinduliais dujos labai padidina savo elektrinį laidumą, išsaugo šią savybę kurį laiką po švitinimo nutraukimo. Tačiau jei rentgeno spinduliais apšvitintos dujos praleidžiamos per vatą, jos iš karto netenka įgytos savybės. Šis faktas patvirtino prielaidą, kad elektros laidininkai dujose yra įkrautos dalelės, susidarančios veikiant rentgeno spinduliams. Kas yra šios dalelės, koks jų krūvis ir masė – šie klausimai iškilo Thomsonui. Norėdamas ištirti šias problemas, Thomsonas nusprendė ištirti katodinių spindulių, kurie, jo manymu, taip pat buvo įkrautų dalelių srautas, savybes ir atliko daugybę eksperimentinių tyrimų, siekdamas išmatuoti katodo dalelių krūvio ir masės santykį. Šie tyrimai paskatino jį atrasti elektroną.

Elektrono atradimas

Domina Rentgeno atradimas, britų mokslininkai Džozefas Džonas Tomsonas(1856-1940) ir Ernestas Rutherfordas(1871-1937) nustatė, kad švitinant rentgeno spinduliais dujos labai padidina savo elektrinį laidumą, išsaugo šią savybę kurį laiką po švitinimo nutraukimo. Tačiau jei rentgeno spinduliais apšvitintos dujos praleidžiamos per vatą, jos iš karto netenka įgytos savybės. Šis faktas patvirtino prielaidą, kad elektros laidininkai dujose yra įkrautos dalelės, susidarančios veikiant rentgeno spinduliams. Kas yra šios dalelės, koks jų krūvis ir masė – šie klausimai iškilo Thomsonui.

Norėdamas ištirti šias problemas, Thomsonas nusprendė ištirti katodinių spindulių, kurie, jo manymu, taip pat buvo įkrautų dalelių srautas, savybes ir atliko daugybę eksperimentinių tyrimų, siekdamas išmatuoti katodo dalelių krūvio ir masės santykį. Šie tyrimai paskatino jį atrasti elektroną.

1897 m. Thomson paskelbė pirmuosius katodinių spindulių krūvio ir masės santykio rezultatus. Katodo dalelių įkrovos ir masės santykiui išmatuoti jis panaudojo du metodus. Pirmasis buvo išmatuoti katodinių spindulių krūvį ir kinetinę energiją per tą patį laiką. Norint išmatuoti elektros krūvį, katodinių spindulių spindulys buvo nukreiptas į Faradėjaus cilindrą (tuščiavidurį metalinį cilindrą su maža skylute viename iš jo pagrindų ir prijungtą prie elektrometro). Katodinių spindulių pluošto kinetinė energija buvo nustatyta išmatuojant temperatūrą Faradėjaus cilindro viduje ten patalpinto termoelemento pagalba, kuris šiems spinduliams patekus į jį buvo įkaitintas. Toliau matuodamas šio spindulių pluošto nuokrypį magnetiniame lauke, kurio kryptis statmena pluoštui, Thomsonas nustatė krūvio ir masės santykį.

Kitas metodas, kurį Thomsonas naudojo santykiams nustatyti e/m, buvo pagrįsta tuo pačiu metu elektrinių ir magnetinių laukų veikimu katodinių spindulių pluošte. Tomsonas veikė tokį spindulį elektriniais ir magnetiniais laukais, nukreiptais viena kitai statmenai ir statmenai pluoštui. Pasirinkęs elektrinio lauko dydį taip, kad jo veikimą kompensuotų magnetinio lauko veikimas, o tada išmatuodamas šio pluošto nuokrypius, kai yra tik vienas tokio paties stiprumo magnetinis laukas, Thomsonas nustatė krūvį iki masės santykis.

Thomsonas nustatė, kad vidutinė vertė e/m lygus 1,76 10^11 C/kg. Iš Thomsono eksperimentų išplaukė, kad katodiniai spinduliai neabejotinai yra įkrautų dalelių srautas, kurio krūvis ir masė išlieka vienodi naudojant skirtingas dujas ir skirtingas katodines medžiagas. Jeigu darysime prielaidą, kad katodo dalelių krūvis yra lygus elektrolizės būdu nustatytam vandenilio jono krūviui, tai šių dalelių masė daug kartų mažesnė už mažiausio atomo – vandenilio atomo masę. Taigi buvo padaryta išvada apie įkrautų dalelių, kurių masė yra daug mažesnė už atomo masę ir kurios yra įtrauktos į visų elementų atomus kaip komponentai, egzistavimą. Tomsonas pasiūlė tokias daleles vadinti „kūneliais“. Jis teigė, kad šie korpuseliai yra visų elementų atomų dalis.

Nepriklausomai nuo Thomsono, katodinių spindulių e/m vertė buvo nustatyta pagal Walteris Kaufmanas(1871-1947). Matuodamas katodinių spindulių pluošto įlinkį magnetiniame lauke ir žinodamas katodo ir anodo potencialų skirtumą, Kaufmanas apskaičiavo e/m reikšmę, kurios eilės tvarka pasirodė tokia pati kaip Thomsono. Tačiau savo pirmajame darbe Kaufmanas nepadarė tokių išvadų kaip Thomsonas. Jis rašė, kad įvairių metalų ir dujų e/m pastovumo faktas ir reikšmingas šios reikšmės nuokrypis nuo jonų krūvio ir masės santykio, apskaičiuoto iš elektrolizės reiškinio, yra labai sunkiai paaiškinamas. Thomsonas netrukus nustatė įkrautų dalelių, gautų apšviečiant metalinį paviršių ultravioletiniais spinduliais, krūvio ir masės santykį, tai yra, panaudojo fotoelektrinio efekto reiškinį.

Pirmiausia pastebėtas fotoelektrinis efektas Hertz, kurie pastebėjo, kad elektros kibirkštis peršoka per kibirkšties tarpą esant mažesniam potencialų skirtumui, jei ji apšviesta ultravioletine šviesa. Vėlesni eksperimentai taip pat parodė, kad įkrautas laidininkas pastebimai praranda krūvį, jei yra apšviestas ultravioletiniais spinduliais.

1888 metais fotoelektrinio efekto reiškinį tyrė Aleksandras Grigorjevičius Stoletovas(1836-1896). Jis nustatė, kad fotoelektrinis efektas gali atsirasti ir esant mažam potencialui, ir sukūrė klasikinį šio reiškinio stebėjimo metodą.

Stoletovo instaliacija buvo metalinė plokštė C, kuri per tinklelį buvo apšviesta spinduliais iš elektros lanko A. Plokštė ir tinklelis buvo sujungti į grandinę, kurioje yra galvaninė baterija B ir galvanometras. Jei į tinklą buvo įjungta teigiama įtampa, o ant plokštės – neigiama, tai pastarąją apšvietus grandine tekėjo srovė. Naudodamas nagrinėjamą tyrimo metodą, Stoletovas nustatė keletą svarbių modelių. Taigi jis parodė, kad fotosrovė vyksta tik tuo atveju, jei apšviestai plokštelei taikomas neigiamas potencialas; kad srovės stiprumas būtų proporcingas šviesos srautui, patenkančiam į plokštę; kad yra soties srovė; kad norint gauti fotosrovę reikia apšviesti prietaisą ultravioletiniais spinduliais ir kt.

Norėdami išmatuoti santykį e/m Fotoelektronams Thomson naudojo paprasčiausią fotoelementą, susidedantį iš metalinės plokštės ir metalinio tinklelio, prijungto prie grandinės su baterija ir galvanometru. Plokštė ir tinklelis buvo dedami į indą, iš kurio buvo išpumpuojamas oras. Indo sienelė, per kurią buvo apšviesta metalinė plokštė, buvo pagaminta iš kvarco. Apšvietęs plokštę šviesa, kurioje yra ultravioletinių spindulių, Thomson pastebėjo, kaip įprasta, galvanometru užfiksuotą fotosrovę. Jeigu dabar visą įrenginį pastatysime į magnetinį lauką, kurio kryptis statmena fotosrovės krypčiai, tai esant tam tikrai lauko stiprumo vertei fotosrovė sustos. Akivaizdu, kad tai įvyksta, kai, veikiamos magnetinio lauko, įkrautos dalelės pasisuka nepasiekdamos tinklelio, todėl srovė sustoja. Žinodamas atstumą tarp plokštės ir tinklelio, potencialų skirtumą tarp jų, taip pat išmatuodamas kritinį magnetinio lauko stiprumą, kuriam esant srovė sustoja, Thomsonas nustatė vertę. e /m . Tuo pačiu metu jis gavo vertę, maždaug sutampančią su verte e/m jo gautas katodiniams spinduliams.

Svarbiausias XIX amžiaus pabaigos fizikos atradimas. buvo radioaktyvumo atradimas, kuris, be bendros esminės reikšmės, vaidino svarbų vaidmenį plėtojant idėjas apie elektroną. Radioaktyvumo atradimo postūmis buvo rentgeno spindulių tyrimas.

1896 metais Antoine'as Henri Becquerel(1852-1908), bandydamas aptikti rentgeno spindulius, kuriuos, jo nuomone, skleidžia įvairios medžiagos po to, kai jas apšvietė saulės šviesa, atrado, kad urano druskos kristalas yra nuolatinis tam tikros rūšies spinduliuotės šaltinis, galintis prasiskverbti pro jį. nepermatomus ekranus ir sukelti fotografijos plokštės pajuodimą.

Maria Sklodowska-Curie(1867-1934), tirdama naują reiškinį, priėjo prie išvados, kad urano rūdose yra medžiagų, turinčių ir radiacijos savybę, kurias ji pavadino radioaktyviomis. Per sunkų Marijos darbą ir Pierre'as Curie(1859-1906) pavyko iš urano rūdų išskirti naują elementą (1898), kurio radioaktyvumas buvo daug didesnis nei urano. Šis elementas buvo pavadintas radžiu.

Daugelis fizikų ėmėsi naujai atrastų reiškinių tyrimo. Jiems iškilo du klausimai.
Pirma, kyla klausimas dėl radioaktyviosios spinduliuotės pobūdžio. Per trumpą laiką po Bekerelio atradimo paaiškėjo, kad radioaktyvioji spinduliuotė yra nehomogeniška ir turi tris komponentus, kurie vadinami alfa, beta versija ir gama- spinduliai. Tuo pačiu paaiškėjo, kad alfa- ir beta versija-spinduliai yra atitinkamai teigiamai ir neigiamai įkrautų dalelių srautai. Gamta gama-radiacija išsiaiškinta vėliau, nors gana anksti buvo išsakyta nuomonė, kad tai elektromagnetinė spinduliuotė.

Antrasis klausimas, iškilęs dėl radioaktyviosios spinduliuotės tyrimo, buvo sunkesnis ir buvo susijęs su šių spindulių nešamos energijos šaltinio nustatymu. Iš pradžių buvo pasiūlyta, kad radioaktyvaus skilimo metu spinduliuotės energija paimama iš išorės, iš erdvės, supančios radioaktyviąją medžiagą. Tačiau ši hipotezė sukėlė daug prieštaravimų. Hipotezė, kad radioaktyviosios spinduliuotės energijos šaltinio reikia ieškoti pačioje radioaktyviojoje medžiagoje, atrodė įtikinamesnė. Tačiau klausimas, kokia energija yra atomo viduje, išsiskirianti jo skilimo metu ir išsiskirianti kartu su spinduliuote, buvo neaiškus, kaip ir apskritai klausimas apie patį radioaktyvaus skilimo mechanizmą ir pirmosios teorijos, kurios kilo. Šios problemos sprendimas negalėjo būti įtikinamas.

Panaši informacija.

Jis susidaro dėl kryptingo laisvųjų elektronų judėjimo ir kad šiuo atveju medžiagos, iš kurios pagamintas laidininkas, pakitimų neįvyksta.

Tokie laidininkai, kuriuose elektros srovei praeinant nevyksta cheminiai jų medžiagos pokyčiai, vadinami pirmos rūšies dirigentai. Tai apima visus metalus, anglį ir daugybę kitų medžiagų.

Tačiau gamtoje yra ir tokių elektros srovės laidininkų, kuriuose vykstant srovei vyksta cheminiai reiškiniai. Šie laidininkai vadinami antrosios rūšies laidininkai. Tai daugiausia įvairūs rūgščių, druskų ir šarmų tirpalai vandenyje.

Jei į stiklinį indą įpilsite vandens ir įlašinsite kelis lašus sieros rūgšties (ar kokios kitos rūgšties ar šarmo), o tada paimkite dvi metalines plokštes ir pritvirtinkite prie jų laidininkus, nuleisdami šias plokštes į indą, ir prijungsite srovę šaltinio į kitus laidininkų galus per jungiklį ir ampermetrą, tada iš tirpalo bus išleistos dujos ir tai tęsis nuolat, kol grandinė bus uždaryta. parūgštintas vanduo iš tiesų yra laidininkas. Be to, plokštės pradės būti padengtos dujų burbuliukais. Tada šie burbuliukai atitrūks nuo plokštelių ir išeis.

Kai per tirpalą praeina elektros srovė, vyksta cheminiai pokyčiai, dėl kurių išsiskiria dujos.

Antrosios rūšies laidininkai vadinami elektrolitais, o reiškinys, kuris atsiranda elektrolite, kai per jį praeina elektros srovė.

Metalinės plokštės, panardintos į elektrolitą, vadinamos elektrodais; vienas iš jų, prijungtas prie teigiamo srovės šaltinio poliaus, vadinamas anodu, o kitas, prijungtas prie neigiamo poliaus, vadinamas katodu.

Kas sukelia elektros srovės pratekėjimą skysčio laidininke? Pasirodo, tokiuose tirpaluose (elektrolituose) rūgščių molekulės (šarmai, druskos), veikiamos tirpiklio (šiuo atveju vandens), skyla į du komponentus ir viena molekulės dalelė turi teigiamą elektros krūvį, o kita – neigiamą.

Molekulės dalelės, turinčios elektros krūvį, vadinamos jonais. Kai rūgštis, druska ar šarmas ištirpsta vandenyje, tirpale atsiranda daug teigiamų ir neigiamų jonų.

Dabar turėtų paaiškėti, kodėl per tirpalą praėjo elektros srovė, nes tarp elektrodų, prijungtų prie srovės šaltinio, ji buvo sukurta, kitaip tariant, vienas iš jų buvo įkrautas teigiamai, o kitas – neigiamai. Šio potencialų skirtumo įtakoje teigiami jonai pradėjo judėti link neigiamo elektrodo – katodo, o neigiami – link anodo.

Taigi chaotiškas jonų judėjimas tapo tvarkingu priešpriešiniu neigiamų jonų judėjimu viena kryptimi, o teigiamų – kita. Šis krūvio perdavimo procesas sudaro elektros srovės srautą per elektrolitą ir vyksta tol, kol yra potencialų skirtumas tarp elektrodų. Išnykus potencialų skirtumui, sustoja srovė per elektrolitą, sutrinka tvarkingas jonų judėjimas ir vėl prasideda chaotiškas judėjimas.

Kaip pavyzdį apsvarstykite elektrolizės reiškinį, kai elektros srovė teka per vario sulfato CuSO4 tirpalą su į jį nuleistais variniais elektrodais.

Elektrolizės reiškinys, kai srovė teka per vario sulfato tirpalą: C - indas su elektrolitu, B - srovės šaltinis, C - jungiklis

Taip pat bus priešingas jonų judėjimas į elektrodus. Teigiamas jonas bus vario (Cu) jonas, o neigiamas – rūgšties liekanos (SO4) jonas. Vario jonai, susilietus su katodu, išsikraus (prisijungs prie savęs trūkstamus elektronus), t.y., pavirs neutraliomis gryno vario molekulėmis ir nusėda ant katodo ploniausio (molekulinio) sluoksnio pavidalu.

Neigiami jonai, pasiekę anodą, taip pat išsikrauna (atsiduoda elektronų perteklių). Tačiau tuo pat metu jie pradeda cheminę reakciją su anodo variu, dėl kurios vario Cu molekulė prisijungia prie rūgštinės liekanos SO4 ir susidaro vario sulfato CuS O4 molekulė, kuri grąžinama. atgal į elektrolitą.

Kadangi šis cheminis procesas trunka ilgai, ant katodo nusėda varis, kuris išsiskiria iš elektrolito. Tokiu atveju vietoj vario molekulių, nuėjusių į katodą, elektrolitas gauna naujas vario molekules dėl antrojo elektrodo – anodo – ištirpimo.

Tas pats procesas vyksta, jei vietoj vario paimami cinko elektrodai, o elektrolitas yra cinko sulfato ZnSO4 tirpalas. Cinkas taip pat bus perkeltas iš anodo į katodą.

Šiuo būdu, Skirtumas tarp elektros srovės metaluose ir skysčių laidininkų slypi tame, kad metaluose krūvininkai yra tik laisvieji elektronai, tai yra neigiami krūviai, o elektrolituose jį neša priešingai įkrautos medžiagos dalelės – priešingomis kryptimis judantys jonai. Todėl jie taip sako elektrolitai turi joninį laidumą.

Elektrolizės reiškinys 1837 metais atrado B. S. Jacobi, atlikęs daugybę cheminių srovės šaltinių tyrimo ir tobulinimo eksperimentų. Jacobi išsiaiškino, kad vienas iš elektrodų, įdėtų į vario sulfato tirpalą, kai per jį praeina elektros srovė, yra padengtas variu.

Šis reiškinys vadinamas galvanizavimas, dabar randa itin platų praktinį pritaikymą. Vienas iš pavyzdžių yra metalinių objektų padengimas plonu kitų metalų sluoksniu, t. y. nikeliavimas, auksavimas, sidabravimas ir kt.

Dujos (įskaitant orą) įprastomis sąlygomis nepraleidžia elektros. Pavyzdžiui, nuogi, pakabinti lygiagrečiai vienas kitam, yra atskirti vienas nuo kito oro sluoksniu.

Tačiau veikiant aukštai temperatūrai, dideliam potencialų skirtumui ir dėl kitų priežasčių, dujos, kaip ir skysčių laidininkai, jonizuojasi, ty jose gausiai atsiranda dujų molekulių dalelių, kurios, būdamos elektros nešėjos, prisideda prie praėjimo. elektros srovė per dujas.

Tačiau tuo pačiu metu dujų jonizacija skiriasi nuo skysčio laidininko jonizacijos. Jei molekulė skystyje skyla į dvi įkrautas dalis, tai dujose, veikiant jonizacijai, nuo kiekvienos molekulės visada atsiskiria elektronai ir jonas lieka teigiamai įkrautos molekulės dalies pavidalu.

Tereikia sustabdyti dujų jonizaciją, nes jos nustoja būti laidžios, o skystis visada lieka elektros srovės laidininku. Vadinasi, dujų laidumas yra laikinas reiškinys, priklausantis nuo išorinių veiksnių veikimo.

Tačiau yra dar vienas vadinamas lanko išlydis arba tiesiog elektros lankas. Elektros lanko fenomeną XIX amžiaus pradžioje atrado pirmasis rusų elektros inžinierius V. V. Petrovas.

V. V. Petrovas, atlikdamas daugybę eksperimentų, atrado, kad tarp dviejų anglių, prijungtų prie srovės šaltinio, per orą vyksta nuolatinė elektros iškrova, kurią lydi ryški šviesa. V. V. Petrovas savo raštuose rašė, kad šiuo atveju „tamsi ramybė gali būti gana ryškiai apšviesta“. Taigi pirmą kartą buvo gauta elektros šviesa, kurią praktiškai pritaikė kitas Rusijos elektros mokslininkas Pavelas Nikolajevičius Yablochkovas.

„Jabločkovo žvakė“, kurios darbas pagrįstas elektros lanko naudojimu, tais laikais padarė tikrą revoliuciją elektros inžinerijoje.

Lanko išlydis ir šiandien naudojamas kaip šviesos šaltinis, pavyzdžiui, prožektoriuose ir projektoriuose. Aukšta lankinio išlydžio temperatūra leidžia jį naudoti . Šiuo metu lankinės krosnys, varomos labai didele srove, naudojamos daugelyje pramonės šakų: plieno, ketaus, geležies lydinių, bronzos ir kt. O 1882 metais N. N. Benardosas pirmą kartą panaudojo lankinį išlydį metalui pjauti ir suvirinti.

Dujinės šviesos vamzdeliuose, liuminescencinėse lempose, įtampos stabilizatoriuose, norint gauti elektronų ir jonų pluoštus, vadinami. švytinčių dujų išleidimas.

Kibirkštinis išlydis naudojamas dideliems potencialų skirtumams matuoti naudojant rutulinį tarpą, kurio elektrodai yra du metaliniai rutuliukai poliruotu paviršiumi. Rutuliai perkeliami vienas nuo kito ir jiems taikomas išmatuotas potencialų skirtumas. Tada rutuliai sujungiami, kol tarp jų iššoka kibirkštis. Žinodami kamuoliukų skersmenį, atstumą tarp jų, oro slėgį, temperatūrą ir drėgmę, jie pagal specialias lenteles suranda potencialų skirtumą tarp kamuoliukų. Šis metodas gali būti naudojamas kelių procentų tikslumu išmatuoti dešimčių tūkstančių voltų potencialų skirtumus.

Elektros srovės praėjimas per dujas

Dujų elektros srovė turi šias savybes, palyginti su srove metaliniuose laiduose:

1) elektros krūvių nešėjai dujose yra elementarios įkrautos dalelės – elektronai ir jonai. Elektros srovė dujose yra kryptingas tiek elektronų, tiek jonų judėjimas, veikiamas taikomo potencialo gradiento;

2) atomai ir molekulės dujose yra nutolę vienas nuo kito nemažu atstumu, daug kartų didesniu už molekulės dydį, dėl to jų tarpusavio sąveikos jėgos yra nereikšmingos ir laisvųjų krūvių praktiškai nėra. Tam, kad dujos taptų laidininku, jos turi būti jonizuotos, tai yra, jose turi susidaryti jonai ir laisvieji elektronai.

Dujų išlydžio teorijoje pradinės dujų tarpo jonizacijos procesas veikiant įtampai vadinamas dujų tarpo gedimas . Elektros srovės perėjimas per dujas vadinamas iškrovimas .

Pertraukimo įtampa tam tikru atstumu tarp elektrodų priklauso nuo dujų rūšies ir jų slėgio. Esant kintamajai įtampai, gedimo reiškinį apsunkina šalutiniai procesai. Pavyzdžiui, didėjant dažniui, gedimo įtampa mažėja.

Fizinius procesus, vykstančius gedimo momentu, galima apibūdinti taip. Tam tikrame dujų tūryje dėl išorinių natūralių jonizuojančių veiksnių visada yra nedidelis kiekis atskirų laisvų įkrautų dalelių, kurios, atsiradus elektriniam laukui, pradeda judėti jėgos linijomis. Įkrautų dalelių judėjimo greitis dujose priklauso nuo jų krūvio ir masės, taip pat nuo lauko stiprumo. Jei dalelė savo kelyje susitinka su tūriu arba dujų molekule, įvyks susidūrimas. Priklausomai nuo dalelės turimos kinetinės energijos iki susidūrimo momento ir susidūrusio atomo savybių, jos rezultatas bus atomo greičio pokyčiai (elastinis susidūrimas) arba jo sužadinimas ar net jonizacija (neelastingas susidūrimas). Susijaudinus, dėl dalelės kinetinės energijos padidėja vidinė atomo energija. Ši perteklinė energija po trumpo laiko išsiskiria fotono pavidalu. Jonizacijos metu elektronas išsiskiria iš atomo ar molekulės išorinės orbitos elektronų. Išlaisvintas elektronas, veikiamas lauko, pradės judėti ir, savo ruožtu, gali jonizuoti atomus ar molekules, su kuriomis susiduria. Įkrautų dalelių išsiskyrimo procesas esant pakankamam taikomo lauko intensyvumui vystosi kaip lavina. Išorinė grandinė, kurios pagalba buvo įjungta gedimą sukėlusi įtampa, bus uždaryta, joje bus nustatyta elektros srovė, kurios vertę pirmiausia lemia šios išorinės grandinės parametrai.