Лабораторная работа Изучение цепи переменного тока Основы электротехники конспект лекций Баланс мощностей


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 208

Градуировка термоэлемента

 Работа выхода электрона из металла. Электроны проводимости в металле находятся в беспорядочном тепловом движении. Наиболее быстро движущиеся электроны, обладающие достаточно большой кинетической энергией, могут вырваться из металла в окружающее пространство. При этом они совершают работу как против сил притяжения со стороны избыточного положительного заряда, возникающего в металле в результате их вылета, так и против сил отталкивания со стороны ранее вылетавших электронов, образующих вблизи поверхнос ти проводника электронное "облако".  Между электронным газом в ме талле и электронным "облаком " существует динамическое равновесие.

Работу, которую нужно совершить для удаления электрона из металла в безвоздушное пространство, называют работой выхода. Работа выхода совершается электронами за счет уменьшения их кинетической энергии. Поэтому понятно, что медленно движущиеся электроны вырваться из металла не могут.

Недостаток электронов в металлическом проводнике: и их избы ток в окружающем пространстве, образовавшиеся в результате вылета части электронов из металла, проявляются только в очень тонком слое по обе стороны от поверхности проводника. Толщина этого слоя равна нескольким межатомным расстояниям в металле. В первом приближении можно считать, что поверхность металла представляет собой двойной и электрический слой, подобный весьма тонкому конденсатору. Разность потенциалов  между обкладками такого кон денсатора зависит от работы  А выхода электрона из металла:

  = (1)

где е - абсолютная величина заряда электрона.

Электрон, вылетая за пределы металла, должен преодолеть задерживающее его электрическое поле двойного слоя.

Характеризующую это поле разность потенциалов  принято называть поверхностным скачком потенциала, или контактной раз ностью потенциалов между металлом и окружающей средой.

 Работа выхода зависит от химической природы металла и состояния его поверхности; загрязнения, следы влаги и пр. изменяют ее величину. Для чистых металлов работа выхода колеблется в пределах нескольких электрон-вольт.

 Таблица 1

металл

Cs

Ba

Zr

Th

Ta

Zn

Mo

Cu

W

Ni

Pt

А,эв

1,81

2,11

4,12

3,38

4,12

3,74

4,I5

4,47

4,50

5,03

6,27 

 Контактная разность потенциалов. Законы Вольта. Возникновение контактной разности потенциалов между соприка сающимися металлическими проводниками было открыто в конце 18 века итальянским физиком А. Вольта. ОН экспериментально установил следующие два закона (Законы Вольта):

При соединении двух проводников, изготовленных из различных металлов, между ними возникает контактная разность потенциалов, которая зависит только от их химического состава и температуры.

Разность потенциалов между концами цепи, состоящей из последовательно соединенных металлических проводников, на ходящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава промежуточных проводников. Она равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном соедине нии крайних проводников.

 Классическая электронная теория проводимости металлов позволила объяснить законы Вольта и найти выражение для кон тактной разности потенциалов.

 Рассмотрим контакт различных металлов I и 2 (рис. I). Обозначим  работу выхода электронов из первого металла через А1, а из второго - через А2 . Наиболее быстрые электроны при хаотическом тепловом движении будут переходить через поверхность контакта из первого металла во второй и из второго - в первый. Однако, если А1 ≠ А2 , то электронам при прочих равных условиях, труднее вый ти из первого металла, чем из второго. Очевидно, что в результате взаимных переходов электронов в первом металле появится избыток, а во втором - недостаток. Таким образом, возникает контактная разность потенциалов между металлами.

Найдем работу (А12), которую нужно совершить для переноса электрона из металла I в металл 2.

Из потенциальности электростати-

ческого поля следует, что сумма

 работ, совершаемых при перенесении электрона вдоль замкну того пути авсda, равна нулю, т.е. рис.1

При этом учитывалось, что работа на пути сd равна нулю, Следовательно,

А12+А2-А1=0

Контактная разность потенциалов между двумя соприкасающимися металлами, возникающая из-за различной  величины работ выхода электронов из этих металлов равна:

  (3)

Знак «минус» в этой формуле стоит потому, что при А1> А2  < т.е. первый металл заряжается отрицательно, а второй – положительно. В формуле (3), как и во всех последующих формулах этой главы, е обозначает абсолютную величину заряда.

Вторая причина появления контактной разности: потенциалов между металлами I и 2 связана с представлением об электронном газе в металлах, как об идеальном газе. Давление идеального газа, как известно равно:

Р= n0 кТ ,

где n0 - число молекул (в нашем случае - число электронов) в едини це объема, К - постоянная Больцмана. Таким образом, если даже температуры обоих металлов одинаковы, но n01≠ n02, то д а в л е н и е электронного газа в этих металлах различны. Если, например, P1>P2, то под действием перепада давлений P1-P2 электроны будут переходить из первого металла во второй в большем количестве, чем из второго в первый. Это будет происходить до тех пор, пока электрическое поле, возникающее вследствие преимуществен ного диффузионного перехода электронов, не компенсирует своим противодействием влияния перепада давления. Контактная разность потен циалов , которая возникает на границе двух металлов в результате диффузионного перехода электронов, выражается формулой:

 =-= (4)

Из формул (3) и (4) следует, что полная контактная разность потенциалов =-между двумя металлами равна:

 -==-=-+ (5)

Формула (5) является математическим выражением первого зако на Вольта. Так как она показывает, что - зависит только от т е м п е р а т у р ы и 

х и м и ч е с к о й п р и р о д ы контакти рующих металлов.

Для доказательства второго закона Вольта рассмотрим, например,

 цепь, состоящую четырех последовательно соединенных металлических проводников (рис.2). Предположим, что температура во всех проводниках одинакова. 

 Разность потенциалов между концами цепи равна алгебраической сумме скачков потенциалов во всех контактах:

-=(-)+(-)+(-)

Пользуясь уравнением (5) найдем:

*-=-+-+-+ ,

или * -=-+

т.е. действительно не зависит от природы промежуточных проводников.

 Оценим порядок величины обоих членов, входящих в формулу (5). Так как работа А1 и А2 у различных металлов лежит в пределах нес кольких электронвольт, то ≈1в. Если считать, что n0 приблизи тельно равно числу атомов металла, заключенных в единице объема, то отношение  лежит в пределах единицы и ≈1. Поэтому второй член в формуле (5 ) по порядку величины равен:

 Следовательно, при комнатной температуре ≈0,03В, т.е. «

Опыт показывает, что практически не зависит от температуры, в то время

как  возрастает прямо пропорционально абсолютной температуре (если пренебречь более слабой зависимостью  от тем пературы).

Лабораторная работа N 207 Определение сопративления и чуствительности гальванометра магнитоэлектрической системы

Магнитоэлектрический прибор. Работа приборов магнитоэлектрической системы основана на принципе взаимодействия катушки с током и поля постоянного магнита

Зеркальный гальванометр магнитоэлектрической системы

Период свободных колебаний подвижной системы гальванометра

Теория метода измерений. Отклонение стрелки в приборах магнитоэлектрической системы пропорционально проходящему ток

Явление термоэлектричества (эффект Зеебека)

Применение термопары для определения температуры возможно в случае, если известна зависимость возникающей в ней термоэлектро движущей силы (термоэдс) Ет от разности температур ее контактов (спаев)

Лабораторная работа № 210 Изучение метода компенсации и применение его для измерения малых электродвижущих сил Кулоновские и сторонние силы. Электродвижущая сила.

Описание метода компенсации

Лабораторная работа N 212. Снятие анодной характеристики двухэлектродной электронной лампы Принцип действия электронных ламп.

Ознакомиться с установкой для снятия анодных характеристик лампы 6Х2П

Лабораторная работа №216. Изучение работы полупроводниковых выпрямителей По электропроводности все вещества делятся на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики.

Если взять кристалл полупроводника, состоящего из двух частей: одной с примесью p – типа и другой с примесью n – типа ,то граница между ними называется p – n – переходом. В этом случае электроны из полупроводника n – типа, где их много, будут переходить в полупроводник p – типа, где их мало, а дырки будут перемещаться в обратном направлении

Меднозакисный выпрямитель представляет собой медную пластинку, на одной стороне которой имеется слой закиси меди Cu2O, обладающий проводимостью p (дырочной)

Лабораторная работа - № 217 Изучение зависимости сопративления металов и полупроводников от температуры ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Исследование  температурной зависимости сопротивления металлов и полупроводников, определение температурного коэффициента сопротивления металла и ширины запрещенной зоны полупроводника.

Типичными собственными полупроводниками являются элементы IV группы таблицы Менделеева, например, германий (Gе), кремний (Si).

Зависимость сопротивления металлов и полупроводников от температуры

Лабораторная работа N 218. Изучение кенотронного выпрямителя Принцип выпрямления и сглаживания тока. В основе работы всякого  выпрямительного устройства лежит использование свойства проводящего элемента электрической схемы, в котором сила тока зависит не только от величины, но и от направле ния приложенного к нему напряжения. Сила тока в таких проводниках не подчиняется закону Ома (нелинейный проводник).

Параметры кенотрона Теоретическое рассмотрение зависимости силы тока от напря жения в двухэлектродной лампе приводит к так называемому закону "трех вторых", выведенного Богуславским, Ia=В Ua 3/2, где В- константа. Этот закон справедлив только до тех пор, пока кено трон работает вдали от тока насыщения

Лабораторная работа N 226 Определение сопративления проводников мостом постоянного тока типа МВЛ – 47

Лабораторная работа 231 Изучение колебательного контура Колебательный контур представляет собой замкнутую электрическую цепь, состоящую из катушки индуктивности L и конденсатора С, в которой могут возбуждаться электрические колебания.

Затухание свободных колебаний в реальном контуре Формулы (5), (8) и (9) описывают незатухающие колебания в идеальном контуре без потерь энергии. Однако, всякий реальный колебательный контур, кроме емкости и индуктивности, обладает еще и активным сопротивлением R . Величина этого сопротивления определяется, в основном, сопротивлением провода, которым намотана катушка. Энергия расходуется на нагревание этого провода, и колебания постепенно затухают.

Получение незатухающих колебаний. Резонанс Наиболее важными для практического применения являются незатухающие (вынужденные) колебания, получаемые при включении в контур э. д. с

Добротность контура зависит от его активного сопротивления и, прежде всего, от активного сопротивления катушки индуктивности. Следовательно, основным путем увеличения добротности контура является уменьшение активного сопротивления катушки индуктивности

Измерение емкости конденсатора Если индуктивность контура известна, то, измерив резонансную частоту, можно определить емкость конденсатора, включенного в контур.


Методы расчета и анализа электрических цепей