17. Энергетика тока, закон Джоуля - Ленца в интегральной и дифференциальной форме. Ток в разных средах.

Если в проводнике течет постоянный ток и проводник остается неподвижным, то работа сторонних сил расходуется на его нагревание. Опыт показывает, что в любом проводнике происходит выделение теплоты, равное работе, совершаемой электрическими силами по переносу заряда вдоль проводника. Если на концах участка проводника имеется разность потенциалов , тогда работу по переносу заряда q на этом участке равна

По определению I= q/t. откуда q= I t. Следовательно

Так как работа идет па нагревание проводника, то выделяющаяся в проводнике теплота Q равна работе электростатических сил

Соотношение (17.13) выражает закон Джоуля-Ленца в интегральной форме. Введем плотность тепловой мощности , равную энергии выделенной за единицу время прохождения тока в каждой единице объема проводника

где S - поперечное сечение проводника, - его длина. Используя (1.13) и соотношение , получим

Но - плотность тока, а , тогда

с учетом закона Ома в дифференциальной форме , окончательно получаем

Ф-ла (17.14) выражает закон Джоуля-Ленца в дифференц форме: объемная плотность тепловой мощности тока в проводнике равна произведению его удельной электрической проводимости на квадрат напряженности электрического поля.

Ток в металлах: Эл ток в металлах это упорядоченное движение свободных электронов между ионами кристаллической решетки

1920г Пауль Друдде(теория электропровод метталлов)

1. Свободные Эл в металле ведут себя как молекулы идеального газа

2. Движение электронов в металле подчиняется законам Ньютона

3. Свободные Эл в процессе движ сталкиваются не между собой, а только с ионами кристаллич решетки

4. При столкновениях электр полностью отдают свою энергию ионам

Ток в полупроводниках:

Полупроводники обладают собственной проводимостью:

1. дырочная- это не занятая Эл энергетич состояние в валентной зоне проводн

2. электронная проводимость.

Для того чтобы увеличить концентрацию свободных электронов в полупроводниках, необходимо затратить некоторую энергию для отрыва связанных электронов. Её называют энергией ионизации. При повышении температуры увеличивается количество электронов с тепловой энергией, превышающей, т.е. растёт доля свободных электронов.

Ток в жидкостях: Происхожд эл тока (движение эл зарядов) через раствор существенно отличается от движения электрических зарядов по металлич проводнику. Различие, прежде всего в том, что зарядоносителями в р-рах являются не электроны, а ионы, т.е. сами атомы или молекулы, потерявшие или захватившие один или несколько электронов. Естественно, это движение, так или иначе, сопровождается изменением свойств самого в-ва.

Диэлектрики. Поляризация – важнейшая характеристика диэлектрика. В зависимости от того, преобладает ли движение свободных зарядов, или происходит поляризация, вещества делятся на два класса – проводники и диэлектрики. В диэлектриках положительные и отрицательные заряды связаны друг с другом и не могут смещаться только в пределах одной молекулы (по-другому сказать, у диэлектриков целиком заполнена энергетическая зона). При отсутствии воздействия внешнего электрического поля заряды разных знаков распределены по объёму диэлектрика равномерно. Под действием внешнего поля заряды, входящие в каждую молекулу, смещаются в противоположных направлениях. Это смещение проявляется в виде появления зарядов на поверхности диэлектрика, помещенного в электрическое поле, поляризация. Поляризация протекает по-разному, в зависимости от вида химической связи в в-ве диэлектрика.

Ток в газах Изолирующие свойства газов объясняются тем, что в них нет свободных электрических зарядов: атомы и молекулы газов в естественном состоянии являются нейтральными. Ионизация газа может происходить под влиянием различных внешних взаимодействий: сильного нагрева газа, рентгеновских лучей