Әртүрлі ортадағы электр тогы

Оқулықтық тірек

• Кронгарт Б., Казахбаева Д., Иманбеков О., Қыстаубаев Т. «Физика. 10-сынып ЖМБ», 10-сынып, Мектеп, 2019, 209–222-б.
• Башарұлы Р., Шүйіншина Ш., Сейфоллина К. «Физика. 8-сынып», 8-сынып, Атамұра, 2018, 138–149-б.

Материалдарда жоқ: газ разрядының түрлері (солғын, ұшқынды, доғалық, тәждік) және плазманың толық сипаттамасы, транзистордың жұмыс принципі.

Негізгі ұғымдар

Орта	Заряд тасымалдаушылар	Қыздырғанда кедергі
Металдар	еркін электрондар	артады
Электролиттер	оң және теріс иондар	азаяды
Жартылай өткізгіштер	электрондар мен кемтіктер	азаяды
Газдар	иондар мен электрондар	—
Вакуум	термоэлектрондық эмиссия электрондары	—

Теория

Металдар. Ток — еркін электрондардың реттелген қозғалысы; тор иондары тек тербеледі және кедергі тудырады. Кедергінің температураға тәуелділігі сызықты: $R_t=R_0(1+\alpha t),\qquad \rho_t=\rho_0(1+\alpha t),$ $\alpha$ — кедергінің температуралық коэффициенті; таза металдар үшін $\alpha\approx\dfrac1{273}$ °C⁻¹. Қыздырғанда иондар күштірек тербеліп, электрондардың қозғалысына көбірек кедергі жасайды. Мысал: 60 Вт шамның суық қыл сымының кедергісі 59 Ом, қызған күйде ($1500$–$2000$ °C) — шамамен 800 Ом.

Асқын өткізгіштік. 1911 ж. Х. Камерлинг-Оннес сынапты сұйық гелиймен 4,1 К-ге дейін салқындатқанда кедергі секірмелі түрде жойылды. Асқын өткізгіштер — сыни температурада $T_{кр}$ кедергісі нөлге түсетін заттар; 1986–87 жж. жоғары температуралы асқын өткізгіштік ашылды (≈100 К). Қолданылуы: күшті магниттер («магнит жастықтағы» пойыздар), энергия үнемдеу.

Электролиттер. Ас тұзының кристалы мен таза су — диэлектрик; ерігенде иондарға ыдырайды (электролиттік диссоциация): $NaCl\rightleftharpoons Na^++Cl^-$. Электролиттер — тұздар, қышқылдар, сілтілер. Температура артса, диссоциация күшейіп, кедергі азаяды (металдар — бірінші текті, электролиттер — екінші текті өткізгіштер). Электролиз — ток әсерінен электродтарда заттың бөлінуі: оң иондар катодқа (−), теріс иондар анодқа (+) барады. $m=kq=kIt,\qquad k=\frac{M}{zF}\quad(\text{Фарадей заңы, 1832 ж.}).$ Қолданылуы: электрометаллургия (Павлодар электролиз зауыты — 99,85 % алюминий; Өскемен мыс зауыты — 99,97–99,99 % мыс), гальваностегия (никельдеу, хромдау), гальванопластика.

Жартылай өткізгіштер. Тасымалдаушылар — электрондар мен кемтіктер. Қоспалы өткізгіштік: донорлық ($n$-тип, электрондар) және акцепторлық ($p$-тип, кемтіктер). $p$–$n$ өткелі токты бір бағытта ғана өткізеді (диод).

Газдар және вакуум. Газда ток иондар мен электрондар арқылы жүреді: тәуелді разряд (сыртқы иондаушы қажет) және тәуелсіз разряд (мысалы, найзағай, электр доғасы). Вакуумде ток қыздырылған катодтан шыққан электрондар ағыны арқылы жүреді (термоэлектрондық эмиссия).

Мысалдар

1. Никель электролизі: $I=4$ А, $t=30$ мин, $k=3{,}04\cdot10^{-7}$ кг/Кл. $m=3{,}04\cdot10^{-7}\cdot4\cdot1800\approx2{,}19$ г.
2. Сымды қыздырғанда миллиамперметр көрсетуі 36 мА-ден 24 мА-ге түсті ($U$ тұрақты). Кедергі? 1,5 есе артты.
3. Ток пен уақыт 2 есе артса, электролизде бөлінетін масса? $m\sim It$ — 4 есе артады.
4. Неліктен электролит ерітіндісін қыздырғанда ток артады? Диссоциация күшейіп, иондар саны көбейеді, кедергі азаяды.

ҰБТ-дағы жиі қателер

• Металдар мен электролиттердің кедергісі температураға бірдей тәуелді деу: металда артады, электролитте азаяды.
• Электролизде оң иондарды анодқа жіберу: оң иондар (катиондар) катодқа барады.
• Металдағы токты иондар тасымалдайды деу.
• Жартылай өткізгіште тек электрондар бар деу: кемтіктер де бар.
• Асқын өткізгіштікте кедергі біртіндеп азаяды деу: сыни температурада секірмелі түрде нөлге түседі.

Өзіңді тексер

1. Металдардағы заряд тасымалдаушылар? — Еркін электрондар.
2. Фарадейдің бірінші заңы? — $m=kIt$.
3. Асқын өткізгіштікті кім, қашан ашты? — Камерлинг-Оннес, 1911 ж.
4. $p$-типті жартылай өткізгіштің негізгі тасымалдаушылары? — Кемтіктер.
5. Вакуумдегі токтың көзі қандай құбылыс? — Термоэлектрондық эмиссия.