Электропроводность

Кроме того, катод может испускать  электроны при нагревании до большой  температуры. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией. Его можно  рассматривать как испарение  электронов из металла. Во многих твердых  веществах термоэлектронная эмиссия  происходит при температурах, при  которых испарение самого вещества еще мало. Такие вещества и используются для изготовления катодов.

При самостоятельном разряде нагрев катода может происходить за счет бомбардировки его положительными ионами. Если энергия ионов не слишком  велика, то выбивания электронов с  катода не происходит и электроны  испускаются вследствие термоэлектронной эмиссии.

 

Электропроводность электролитов

Удельная электропроводность c [сопротивление-1длина-1] определяется количеством ионов, переносящих  электричество ( с), где - степень диссоциации электролита, и их абсолютной подвижностью (u+, u-):

c  = .

Она численно равна проводимости слоя электролита, находящегося между двумя  противоположными гранями куба единичной  площади:

,       (F - число Фарадея, I - сила тока, U - разность потенциалов, l - длина проводника, s - площадь его поперечного сечения).

Эквивалентная электропроводность [сопротивление-1. длина 2. г-экв-1] - мера электрической проводимости всех ионов, образующихся при диссоциации 1 г-экв электролита при данной концентрации. Она соответствует э.п. такого объема раствора, в котором содержится 1 г-экв растворенного вещества и электроды находятся на единичном расстоянии друг от друга:

 = c ^. V = c /c. 

Эквивалентная электропроводность выражается через  подвижности ионов +(-):

 =  = ^. ( ₊ +  _-) .

Эквивалентная электропроводность при  бесконечном разведении - электропроводность гипотетического бесконечно разбавленного раствора, характеризующегося полной диссоциацией электролита и отсутствием сил электростатического взаимодействия между ионами. Она равна сумме предельных подвижностей катионов и анионов (закон Кольрауша):

= + .

Для растворов слабых электролитов =  . (уравнение Аррениуса), 
для сильных , где A=const (эмпирический закон Кольрауша).

 

Электропроводность плазмы

Плазма – это частично или  полностью ионизованный газ, в котором  плотности положительных и отрицательных  зарядов практически одинаковы. Таким образом, плазма в целом  является электрически нейтральной  системой.

 

Количественной характеристикой  плазмы является степень ионизации. Степенью ионизации плазмы a называют отношение объемной концентрации заряженных частиц к общей объемной концентрации частиц. В зависимости от степени  ионизации плазма подразделяется на слабо ионизованную ( a составляет доли процентов), частично ионизованную ( a порядка нескольких процентов) и полностью ионизованную ( a близка к 100%). Слабо ионизованной плазмой в природных условиях являются верхние слои атмосферы – ионосфера. Солнце, горячие звезды и некоторые межзвездные облака – это полностью ионизованная плазма, которая образуется при высокой температуре.

Средние энергии различных типов  частиц, составляющих плазму, могут  значительно отличаться одна от другой. Поэтому плазму нельзя охарактеризовать одним значением температуры  Т; различают электронную температуру  Т е , ионную температуру Т i (или ионные температуры, если в плазме имеются ионы нескольких сортов) и температуру нейтральных атомов Т a (нейтральной компоненты). Подобная плазма называется неизотермической, в отличие от изотермической плазмы, в которой температуры всех компонентов одинаковы.

Плазма обладает рядом специфических  свойств, что позволяет рассматривать  ее как особое четвертое состояние  вещества.

Из-за большой подвижности заряженный частицы плазмы легко перемещаются под действием электрических и магнитных полей. Поэтому любое нарушение электрической нейтральности отдельных областей плазмы, вызванное скоплением частиц одного знака заряда, быстро ликвидируется. Возникающие электрические поля перемещают заряженные частицы до тех пор, пока электрическая нейтральность не восстановится и электрическое поле не станет равным нулю. В отличие от нейтрального газа, между молекулами которого существуют короткодействующие силы, между заряженными частицами плазмы действуют кулоновские силы, сравнительно медленные убывающие с расстоянием. Каждая частица взаимодействует сразу с большим количеством окружающих частиц. Благодаря этому наряду с хаотическим тепловым движением частицы плазмы могут участвовать в разнообразных упорядоченных движениях. В плазме легко возбуждаются разного рода колебания и волны.

Проводимость плазмы увеличивается  по мере роста степени ионизации. При высокой температуре полностью  ионизованная плазма по своей проводимости приближается к сверхпроводникам.

Низкотемпературная плазма применяется  в газоразрядных источниках света  – в светящихся трубках рекламных  надписей, в лампах дневного света. Газоразрядную лампу используют во многих приборах, например, в газовых  лазерах – квантовых источниках света.

Высокотемпературная плазма применяется  в магнитогидродинамических генераторах.

Недавно был создан новый прибор – плазмотрон. В плазмотроне создаются  мощные струи плотной низкотемпературной плазмы, широко применяемые в различных  областях техники: для резки и  сварки металлов, бурения скважин в твердых породах и т.д.

 

Характер зависимости.

Электропроводность вещества зависит  от концентрации свободных электрических  заряженных частиц. При высокой концентрации зарядов электропроводность вещества больше, чем при малой.

Электропроводность всех материалов зависит от их температуры. В металлических  проводниках при нагревании размах и скорость колебаний атомов в  кристаллической решетке металла  увеличиваются, вследствие чего возрастает и сопротивление, которое они  оказывают потоку электро­нов. При охлаждении происходит обратное явление: беспорядоч­ное колебательное движение атомов в узлах кристаллической решетки уменьшается, сопротивление их потоку электронов пони­жается и электропроводность проводника возрастает.

В природе, однако, имеются некоторые  сплавы: фехраль, константан, манганин и др., у которых в определенном интервале температур электрическое сопротивление меняется сравнительно мало.

Зависимость электропроводности  некоторых веществ от абсолютной температуры Т:

        

Металлы: 1 — медь, 2 — свинец (ниже 7,3 К становится сверхпроводящим); полупроводники: 3 — графит, 4 — чистый германий, 5 — чистый кремний; ионные проводники: 6 — хлористый натрий, 7 — стекло.

 

Список литературы

 

1.Герасимов Я.И. Курс физической  химии. Т.1, 2. М.: Химия, 1998.-744с.

2.Горшков В.И., Кузнецов И.А. Основы  физической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2003.-683с.

3.Девис С, Джеймс А. Электрохимический словарь. М.: Мир, 2001. -622с.

4.Кузнецова Е.М., В.М.Байрамов, Н.В.Федорович, В.Ф.Шевельков. Физическая химия в вопросах и ответах. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001.-674с.

5.Курс физики. Л.С. Жданов, В.А.  Маранджян. М.: Изд-во Моск. Университета, 2001.-684с.