Электротехника Законы Ома и Кирхгофа Постоянный электрический ток Молекулярная физика Колебания Термодинамика

Определить объёмную плотность тепловой мощности v в металлическом проводнике, если плотность тока j = 1×107 A/м2, напряжённость электрического поля Е = 1×10 - 3 В/м.

 Решение

 1. Запишем уравнения законов Ома и Джоуля - Ленца в дифференциальной форме

 . (1)

 2. Выразим далее удельную электропроводность из уравнения закона Ома и подставим эту величину в уравнение закона Джоуля - Ленца

 . (2)

 2.8.8. В германии, который относится к полупроводникам, при комнатной температуре концентрация электронов проводимости составляет n1 = 3×1019 м - 3. Какую часть составляет число электронов проводимости N1 от общего числа атомов N?

 Решение

 1. Определим концентрацию атомов германия в некотором фиксированном объёме вещества V

  , (1)

где r @ 5,4×103 кг/м3 - плотность германия, m0 - масса одного атома германия, которую можно определить, воспользовавшись соотношением молекулярной физики

 , (2)

здесь m @ 73×10 - 3 кг/моль - молярная масса германия, NA @ 6×1023 моль - 1- число Авогадро.

 2. Совместим уравнения (1) и (2)

 . (3)

 3. Определим искомое отношение числа электронов проводимости к общему числу атомов

 . (4)

 2.8.9. Никелиновый стержень длиной L = 5 м подключён к источнику постоянного тока с ЭДС e = 12 В. Температура проводника равна Т = 813 К. Определить плотность тока j и объёмную плотность тепловой мощности v.

  Решение

 1. Запишем закон Ома в дифференциальной форме

 , (1)

где r0 @ 4×10 - 7 Ом×м - удельное сопротивление никелина, a @ 1×10 - 4 К - 1 - температурный коэффициент сопротивления.

 2. Выразим напряжённость электрического поля в стержне через разность потенциалов на его концах

 . (2)

 3. Подставим значение напряжённости поля в уравнение (1)

 . (3)

 4. Объёмная плотность тепловой мощности в стержне определится как

 . (4)

 2.9. Электрический ток в жидкостях

  2.9.1. В электролитической ванне при силе тока I = 5 A в течение времени t = 600 с выделился двухвалентный металл массой m = 1,02×г. Определить относительную атомную массу металла.

 Решение

 1. Запишем уравнение объединенного закона Майкла Фарадея

 , (1)

где m - молярная масса металла, Z = 2 - валентность, F = 96,5×103 Кл/моль - постоянная Фарадея.

 2. Определим молярную массу металла

  , (2)

 3. В соответствии с периодической таблицей Д.И. Менделеева металлом является цинк с относительной атомной массой Мr = 65,38.


Физика примеры решения задач