Elektros srove metaluose

ELEKTROS SROVĖ METALUOSE

Elektros srovė. kryptingas elektringų dalelių judėjimas vadinamas elektros srove. Elektros srovę gali sudaryti ir judančios kitokios elektringos dalelės – jonai.

Srovė teka tik akimirką – kol išsilygina sujungtų kūnų potencialai, o tada išnyksta elektrinis laukas jungiančiuose laidininkuose ir krūvių judėjimas liaujasi. Norint gauti nenutrūkstamą srovę, reikia nuolatos papildyti vieno kūno krūvį, palaikyti aukštesnį jo potencialą – sukurti laidininke nuolatinį potencialų skirtumą ir nuolatinį elektrinį lauką. Tai gali atlikti srovės šaltinis, sudarantis pastovią įtampą. Srovė ilgesnį laiką gali tekėti ilgesnį llaiką tik uždara grandine.

Elektros srovė teka grandine iš šaltinio teigiamo poliaus į neigiamą. Elektronai grandinėje juda nuo šaltinio neigiamo poliaus, kur yra jų perteklius, link teigiamo, priešingai nei srovės kryptis. Srovės kryptis ir elektronų judėjimo kryptis yra priešingos.

Elektrinis laukas plinta didžiausiu gamtoje greičiu (3* m/s) elektronai juda laidininke: bechaotiško labai intensyvaus šiluminio judėjimo, jie lėtai slenka viena kryptimi. Šis judėjimas vadinamas elektronų dreifu. Tai ir yra elektros srovė. Vidutinis dreifo greitis, net veikiant aukštai įtampai, tėra vos keletas milimetrų pper sekundę, o chaotiško judėjimo greičiai siekia milijoną metrų per sekundę.

Srovės stiprumas. Elektros srovės stiprumas

laidininke (I) išreiškiamas pratekėjusio elektros krūvio (q) ir laiko (t) santykiu: I=q/t [I]=A 1A=1C/1s.

Prietaisai srovei matuoti vadinami ampermetrais. Srovė, kurios kryptis ir stiprumas llaikui bėgant nekinta, vadinama nuolatine srove.

S – skerspjūvio plotas

l – ilgis

n – elektronų koncentracija

v – dreifo greitis

q=enV=enSl; I=q/t; I=enSl/t; I=envS

Elektros srovės stiprumas priklauso nuo laidininko skerspjūvio ploto ir dreifo greičio.

Srovės tankis. Srovės stiprumo ir laidininko skerspjūvio ploto santykis vadinamas srovės tankiu (j):

j=I/S [j]=A/m² j=env Srovės tankį lemia dreifo gretis.

Omo dėsnis. Srovės stiprumas tiesiog proporcingas prijungtai įtampai: I=gU g – elektrinis laidumas [g]=S (simensu) varža – tai laidumui atvirkštinis dydis: R=1/g I=U/R

Srovė laidininke tiesiog proporcinga įtampai ir atvirkščiai proporcinga laidininko varžai.

Srovės stiprumo priklausomybės nuo įtampos grafikas vadinamas laidininko voltamperine charakteristika.

I I

U R

Kuo mažesnė laidininko varža, juo stipresnė srovė, juo stačiau kyla į viršų grafikas.

Laidininkų varža. Varža vadinama medžiagos savybė priešintis elektros srovei. R=U/I

[R]= 1=1V/1A

Omas – tai vvarža tokio laidininko, kuriuo teka 1A srovė, kai įtampa tarp laidininko galų lygi 1V.

Elektros grandinės elementai, skirti varžai sudaryti, vadinami rezistoriais.

Laidininko varža yra tiesiog proporcinga jo ilgiui ir atvirkščiai proporcinga skerspjūvio plotui: R=ģl/S ģ – specifinė varža. [ģ]=m

Kuo didesnė varža, tuo mažesnis laidumas, ir atvirkščiai. Laidumo vienetas simensu S=1/1

ENERGIJOS TVERMĖS DĖSNIS ELEKTROS GRANDINĖMS.

Dvi nenutrūkstamo srovės tekėjimo sąlygos: turi būti uždara grandinė ir joje įjungtas srovės šaltinis.

Elektros grandinę sudaro dvi dalys: išorinė ir vidinė.

Išorinė grandinės dalis – tai visa, kkas yra prijungta prie šaltinio gnybtų. Išorinė grandinės dalis vartoja elektros energiją – joje elektros energija virsta kitų rūšių energija. Išorinės grandinės dalies varža vadinama išorine varža (R) Elektronai juda nuo neigiamo poliaus lig teigiamo. Elektronai juda kryptingai, veikiami elektrostatinių jėgų.

Vidinė grandinės dalis yra paties elektros srovės šaltinio vidus – laidininkai, kuriais juda elektringos dalelės šaltinio viduje. Galvaniniame elemente – tai elektrolitas ir elektrodai; generatoriuje – inkaro apvija. Vidinėje grandinės dalyje kitų rūšių energija virsta elektros energija. Vidinės grandinės dalies

varža vadinama vidine varža (r). Elektronai juda nuo teigiamo poliaus lig neigiamo. Elektronai juda kryptingai pašalinių jėgų veikiami.

Elektros srovės šaltinyje kokios nors rūšies energija nenutrūkstamai virsta elektros energija. galvaniniame

elemente – cheminė, generatoriuje – mechaninė, termoelemente – šiluminė virsta elektros energija. Neelektrinės kilmės jėgos, veikiančios elektros srovės šaltinyje, vadinamos pašalinėmis jėgomis. Neelektrinės kilmės jėgų verčiami elektronai juda prieš elektrostainio lauko jėgas.

Pašalinės jėgos. EVJ. Pašalinių jėgų darbą apibūdina fizikinis dydis – elektrovaros jėga. Pašalinių jėgų atlikto darbo A perkeliant krūvį q ir to krūvio santykis: =A/q [E]=1V 1V=1J/1C

Šaltinio EVJ yra lygi 1V, jeigu, pašalinėms jėgoms jame atliekant 1J darbą, grandine prateka 1C elektros krūvis.

Energijos tvermės dėsnis. Srovės šaltinyje pašalinės jėgos atlikto darbo A ir dėl to pratekėjo krūvis q. TTekant srovei, tas pats krūvis išorinėje grandinės dalyje atliko darbą Aišor, o vidinėje grandinės dalyje – darbą Avid.

Remiantis energijos tvermės dėsniu: A=Aišor + Avid

A/q=Aišor/q+ Avid/q E=Uišor + Uvid

Šaltinio EVJ yra lygi grandinės išorinės ir vidinės dalių įtampų sumai.

Uždaroje grandinėje krūvis niekur negali kauptis, todėl srovės stiprumas abiejose dalyse vienodas

Uišor =IR Uvid=Ir E=IR+Ir

Omo dėsnis uždarai grandinei Uždara grandine tekančios srovės stiprumas yra tiesiog proporcingas šaltinio EVJ ir atvirkščiai proporcingas išorinių ir vidinių varžų sumai.

Esant išjungtai grandinei, šaltinio gnybtų įtampa lygi jo EVJ.

Šaltinio gnybtų sujungimas labai mažos varžos R  0

laidininku vadinamas trumpuoju sujungimu. Tuomet srovės stiprumas priklauso tik nuo vidinės varžos r : I=E/r

Trumpasis sujungimas – dažna gaisrų priežastis.

Varžos priklausomybė nuo temperatūros.

Varža priklauso ne tik nuo laidininko matmenų ir medžiagos, bett ir nuo temperatūros. Metaliniame laidininke, kylant temperatūrai, didėja laisvųjų elektronų chaotiško judėjimo greitis, intensyvėja atomų virpesiai, dažnėja elektronų susidūrimai su atomais. Dėl to mažėja elektronų dreifo greitis ir srovės stiprumas, o tai tolygu laidininko varžos didėjimui. Visų metalų varža, kylant temperatūrai, didėja. Anglyje, elektrolituose ir puslaidininkiuose, kylant temperatūrai, daugėja laisvų elektringų dalelių vienetiniame tūryje, todėl jų varža mažėja. Derinant priešingų savybių medžiagas, galima gauti lydinius, nepriklausančius nuo temperatūros.

Santykinis varžos pokytis  lygus varžos pokyčiui ir ppradinės varžos santykiui: =R/R0

R0 – laidininko varža 0°C temperatūroje, R-varža temperatūroje t.

Santykinis varžos pokytis yra proporcingas temperatūros pokyčiui: =t

 – temperatūrinis varžos koeficientas.

Temperatūrinis varžos koeficientas rodo santykinį laidininko varžos pokytį temperatūrai pakitus 1°C

[]=1/K

 Varžos formulė: =R/R0 =t R/R0=t R=R-R0 R-R0 = R0 t R= R0(1+t)

Superlaidumas. Krintant temperatūrai, metalų varža palaipsniui mažėja. Šis procesas vyksta tik iki tam tikros ribos – pasiekus itin žemą temperatūrą, paprastai 3-6K virš absoliutinio nulio, laidininko varža staiga išnyksta. Tai – superlaidumas.

Temperatūra, žemiau kurios laidininkas nustoja varžos, vadinama krizine temperatūra.

Į superlaidžiąją būseną – varis, auksas, sidabras, platina, kad ir kaip šaldomi, nevirsta superlaidininkais. Superlaidžiame žiede arba uždaroje ritėje kartą sužadinta srovė teka nesilpnėdama praktiškai metus ar ilgiau. Srovė superlaidininkais teka neprarasdama energijos. Elektromagnetais, kurių apvija suvyniota iš superlaidininko, sukuriami stiprūs ir stabilūs magnetiniai laukai.

ELEKTROS IMTUVŲ JUNGIMO BŪDAI.

Nuoseklus. Nuosekliuoju vadinamas toks jungimas, kai grandinės elementai jungiami paeiliui, vienas po kito. Nuosekliai sujungta grandinė neturi atšakų.

1. Nuosekliai sujungtoje grandinės dalyje srovės stiprumas visur vienodas: I=const

2. Nuoseklioje grandinėje atskirų dalių įtampos tiesiog proporcingos jų varžoms: IR1=U1 IR2=U2 U1/ U2= R1 / R2

3. Visos nuosekliai sujungtos grandinės įtampa lygi atskirų dalių sumai: U=U1+U2+.

4. Nuosekliai sujungtos grandinės bendra varža lygi atskirų dalių varžų sumai. Grandinės bendra varža (R) vadinama ekvivalentine varža.

Grandinei nutrūkus

nors vienoje vietoje, srovė nutrūksta visoje grandinėje.

Lygiagretus. Lygiagrečiuoju vadinamas toks jungimas, kai vieni grandinės elementų gnybtai jungiami į vieną mazgą, o kiti -į kitą. Tarp mazgų sudaromos atskiros šakos.

1. Visų lygiagrečiai sujungtų grandinės šakų įtampa vienoda: U=const.

2. Grandinės mazguose elektros krūviai nesikaupia. Todėl į mazgą įtekančių ir iš jo ištekančių srovių sumos yra lygios: I=I1+I2+.

3. Atskiromis šakomis tekančių srovių stiprumai atvirkščiai proporcingi tų dalių varžoms. I1/ I2 =R2/ R1

4. Lygiagrečiai sujungtos grandinės laidumas yra lygus atskirų laidumų sumai: g=g1+g2+.

Lygiagrečiai sujungti imtuvai nepriklauso vienas nnuo kito.

Dažnai taikomas mišrusis jungimo būdas.

Išvados: Imtuvus jungiant nuosekliai pasiskirsto įtampa ir padidėja varža, o jungiant lygiagrečiaipasiskirsto srovė ir sumažėja varža.

ELEKTROS ŠALTINIŲ JUNGIMAS Į BATERIJAS

Nuoseklus. Kai reikia padidinti įtampą, elementai jungiami nuosekliai. Baterijos iš n elementų EVJ E yra n kartų didesnė už vieno elemento EVJ E1 ; E=n E1 . tačiau n kartų padidėja ir baterijos vidinė varža: r=nr1. I= n E1 /R+ nr1.

Lygiagretus. Sujungus m elementų lygiagrečiai baterijos EVJ nepadidėja – lieka tokia pat, kaip vieno elemento, bet mm kartų sumažėja baterijos vidinė varža: r=r1/m

Srovės stiprumas lygus: I= E1 /R+ r1/m

Mišrusis. Jeigu bateriją sudaro m lygiagrečių šakų, kurių kiekvienoje nuosekliai sujungta po n elementų, tai srovės stiprumas lygus: I=n E1 /R+n r1/m

DARBAS. GALIA.

Elektros srovės darbas. Elektros energija, kkurią suteikia krūviams srovės šaltinis, išorinėje grandinės dalyje virsta kitų rūšių energija: akumuliatoriuose – chemine, elektros varikliuose – mechanine, šildymo prietaisuose – šilumine, apšvietimo lempose -šilumine, šviesos energija.

Elektros energijos kiekis, kuris išorinėje grandinės dalyje virsta kitų rūšių energija, yra lygus elektros srovės darbui. A=qU q=It A=IUt Prietaisai srovės darbui matuoti – elektros energijos skaitikliai.

A=U²t/R A=I²Rt

DŽAULIO LENCO DĖSNIS. Šilumos kiekis išsiskiriantis laidininke, kai juo teka srovė, yra proporcingassrovės stiprumo kvadratui, laidininko varžai ir srovės tekėjimo laikui: Q=I²Rt

Elektros srovės galia. P=A/t [P]=W (vatas)1W=1J/1s

Fizikinė prasmė: Vatas yra tokio elektros imtuvo, kuriame kiekvieną sekundę 1J elektros energijos virsta kitos rūšies energija. P=IU P=U²/R P=I²R Srovės galią galima išmatuoti naudojantis ampermetru ir voltmetru arba specialiu prietaisu vatmetru. Praktikoje vartojama kilovatvalandėmis.

Energijos balanso lygti: Ael=Amech .

Galios bbalanso lygtis: P=N P- vartojama elektros srovės galia, N- mechanizmo naudingoji galia.

Elektros energijos virtimas vidine energija (šiluma Q): Ael=Q

KIRCHHOFO DĖSNIS. I=0 IR=E įtampos kritimų algebrinė suma yra lygi tame kontūre veikiančių elektrovaros jėgų algebrinei sumai. jeigu srovės kryptis sutampa su apėjimo kryptimi tai rašomas +. I1r1 +IR=E1 ; I1 r1 – I2r2 = E1 – E2

TERMOELEKTRINIAI REIŠKINAI.

Srovė, atsiradusi šiluminei energijai tiesiogiai virstant elektros energija, vadinama termosrove, o du sujungti skirtingų medžiagų laidininkai vadinami termoelementu. Laidininkai, sudarantys termoelementą, vadinami termoelektrodais.

Skirtinguose metaluose yyra nevienoda laisvųjų elektronų koncentracija, nevienodos jėgos sulaiko elektronus uždarytus metale. Todėl prasideda laisvųjų elektronų difuzija (elektroninių dujų) Pvz.: Suglaudus geležį ir varį iš geležies į varį prasiskverbs daugiau elektronų, negu priešinga kryptimi, nes geležyje jų koncentracija didesnė. metalų sandūra įsielektrins. Susidarys kontaktinis potencialų skirtumas. Tarp įsielektrinusių paviršių veiks kontaktinis elektrinis laukas, kuris stabdys tolesnį elektronų judėjimą iš geležies į varį ir skatins priešingą srautą.

Kontaktiniam potencialų skirtumui pasiekus tam tikrą vertę, nusistovės dinaminė pusiausvyra. Tarp metalų bus pastovus potencialų skirtumas. Kontaktinė termoelektrovaros jėga – labai silpna, bet stiprėja didėjant kontaktų temperatūros skirtumui: E=t

 – proporcingumo koeficientas, priklausantis nuo metalo rūšies

t – šiltojo ir šaltojo kontaktų temperatūros skirtumas. (ta-tb)

Termoelektrovaros jėgos ir nedidelės, bet jau prietaisais tiksliai išmatuojamos, todėl termoelementus galima panaudoti temperatūrai matuoti, prijungus galvonometrą ir jo skalę sugradavus laipsniais.

Nuosekliai sujungus n termoelementų gaunama termobaterija, kurios jautrumas n kartų didenis negu

vieno elemento. Jautrios termobaterijos įtaisomos termopelengatoriuose – aparatuose, skirtuose iš nuotolio šilumą skleidžiantiems objektams aptikti.

Metalinių termoelementų naudingumo koeficientas labai mažas, vos 0,1 -0,5%, tačiau puslaidininkinių jau siekia 15%, todėl juos galima jungti į baterijas ir naudoti kaip šiluminius elektros srovės generatorius – termogeneratorius.

Pagal šilumos šaltinį termogeneratoriai skirstomi į saulės, atominius ir dujinius, o ppagal paskirtį – į kosminius, jūrinius ir t.t.. Jų galia siekia iki kelių šimtų kilovatų. Termogeneratorių energiją vartoja automatiniai švyturiai, retransliatoriai, dirbtiniai Žemės palydovai ir kiti kosminai aparatai.

Leidžiant elektros srovę termoelementu, vienas jo

kontaktas kaista, o kitas šala. Pakeitus srovės kryptį, vyksta priešingi procesai. Šis reiškinys vadinamas Peltje efektu.

Jeigu šaltinio srovę nukreipsime ta pačia kryptimi, kaip tekėjo termosrovė, tai kontakte A elektronų srautas bus stabdomas, nes turės nugalėti kontaktinį potencialų skirtumą; elektronų greitis ir kinetinė energija mažės, ir dėl to kontaktas A pradės aušti. Kontakte B bus priešingi procesai – jis kais.

Tokie termoelementai gali būti naudojami šaldytuvuose. Paleidus termobaterija srovę, šaldytuvo viduje esantieji išorėje – šyla. Pakeitus elektros srovės kryptį, šaldytuvas virsta šildytuvu. Didelio ploto termobaterijomis būtų galima šildyti arba vėsinti patalpas.

ELEKTROS SROVĖ SKYSČIUOSE

Metalais, jų lydiniais, anglimi elektros srovė teka visiškai nekeisdama jų cheminės sudėties. Tekant srovei, jie tik įšyla. Tokios medžiagos vadinamos pirmosios rūšies laidininkais. Joms būdingas elektroninis laidumas. Antrosios rūšies laidininkai ) rūgščių, bazių, druskų tirpalai bei išlydytų dielektrikų (druska) tekant srovei ne tik įšyla, bet ir chemiškai skyla į sudėtines dalis.

1. Medžiagos, kurios ištirpintos arba išlydytos praleidžia elektros srovę, vadinamos elektrolitais.

2. Elektrolitui tirpstant vandenyje, molekulės suyra į teigiamą ir neigiamą elektros krūvį turinčias dalis, jonus. EElekrolito skilimas į jonus veikiant tirpikliui, vadinamas elektrolitine disociacija.

3. Skirtingų ženklų jonai gali susijungti ir vėl sudaryti neutralią molekulę. Šis procesas vadinamas molizacija arba jonų rekombinacija.

Teigiami jonai juda link neigiamo elektrodo – katodo, o neigiami jonai – link teigiamo elektrodo, anodo. Šie jonų ssrautai sudaro elektros srovę elektrolituose. Antrosios rūšies laidininkų elektrolitų laidumas yra joninis. Elektrolitu tekančiai elektros srovei galioja Omo dėsnis.

Medžiagos išsisikyrimas ant elektrodų, tekant srovei elektrolitu, vadinamas elektrolize. Elektorlizės metu patys elektrodai gali reaguoti arba nereaguoti su elektrolitu.

FARADĖJAUS DĖSNIS. Elektrolizės metu

išsiskyrusios medžiagos masė yra tiesiog proporcinga srovės stiprumui ir jos tekėjimo laikui: m=kIt q=It m=kq

Proporcingumo koeficientas k vadinamas išskirtosios medžiagos elektrocheminiu ekvivalentu. Jis priklauso nuo jonų masės ir valentingumo. [k]=1kg/C

Visi vienos rūšies jonai yra vienodos masės ir perneša vienodą krūvį. vadinasi, kuo didesnis pratekėjęs elektrolitu krūvis, tuo daugiau jonų neutralizavosi prie elektrodų ir tuo didesnė bendra jų masė.

Faradėjaus skaičius F=965*10²C/mol

Elektrolizės taikymas: galvaniniai cechai, kuriuose geležinės ir plieninės detalės padengiamos nerūdijančiais metalais. Sidabruojami ir auksuojami papuošalai. Metalinių dangų nusodinimas ant gaminių vadinamas galvanostegija. Tikslių metalinių kopijų gamyba elektrolizės būdu vadinama galvanoplastika. Galvanoplastikos būdu gaminamos patefono plokštelių matricos, skulptūrų kopijos.

ELEKTROS SROVĖ DUJOSE IR VAKUUME

Aukštoje temperatūroje dujų molekulės įgyja tokią didelę energiją, kad susidurdamos išmuša elektronus – jonizuoja viena

kitą. Netekusios elektronų molekulės tampa teigiamais jonais. Atskilę elektronai sudaro neigiamus jonus. Dujų elektrinis laidumas yra mišrus: joninis ir elektroninis. Dujas galima jonizuoti švitinant oro tarpą ultravioletiniais, Rentgeno arba radioaktyviųjų medžiagų skleidžiamais spinduliais. Srovė dijose vadinama išlydžiu.

Elektronas ir teigiamas jonas susidūrę gali sudaryti

neutralų atomą ar molekulę – tai molizacija arba elektringųjų dalelių rekombinacija. Nustojus veikti jonizatoriui, dujos greitai molizuojasi ir srovė nutrūksta. Toks išlydis, kuris vyksta veikiant pašaliniam jonizatoriui, vadinamas nesavaiminiu.

VOLTAMPERINĖ CHARAKTERISTIKA. Didinant įtampą, krūvininkų greitis didėja, vvis daugiau jų pasiekia elektrodus ir srovės stiprumas didėja proporcingai įtampai (OA) Iki įtampos Ua srovė dujose paklūsta Omo dėsniui. Kai įtampa pasiekia Ua ir toliau didėja iki Ub, tai srovės stiprumas lieka pastovus. Tai įvyksta todėl, kad jau visi jonizatoriaus sukurti krūvininkai pasiekia elektrodus ir nėra iš ko srovei didėti. Srovė, kurios stiprumas nepriklauso nuo įtampos, vadinama soties srove. Nuo įtampos Ub srovės stiprumas staigiai kyla (BC), nors jonizatoriaus galia ir nedidinama. Jonizatoriaus gali ir nebūti srovė vis tiek ttekės. Izoliatoriaus pramušimo priežastis yra smūginė dujų jonizacija. Stipriame elektriniame

lauke elektringosios dalelės įgyja didelį greitį. Jų kinetinės energijos užtenka jonizuoti neutralią

molekulę – išmušti iš jos elektroną – tai smūginė jonizacija. Smūginė jonizacija gali prasidėti visai nesant pašalinio jonizatoriaus &– savaime, nes dujose visuomet yra šiek tiek reikalingų jos pradžiai laisvų elektronų. Išlydis dujose, vykstantis be jonizatoriaus, vadinamas savaiminiu.

I C

Is A B

0 Ua Ub U

Oro jonizacijos lygio matavimu pagrįstas radioaktyviojo spinduliavimo matuoklių dozimetrų veikimas. Dozimetras sudarytas iš jonizacijos kameros, jautraus galvonometro, elektros šaltinio. Jonizaciniai prietaisai, skirti pavienėms elektringoms dalelėms registruoti, vadinami Geigerio skaitikliais.

SAVAIMINIO IŠLYDŽIO ATMAINOS:

Kibirkštinis. (žaibas). Kibirkštys lydo metalus, gadina jungiklius, pramušamos skylutės stikle, uždega benziną varikliuose.

Vainikinis. Smūginė jonizacija gali vykti tik ten kur laukas stipriausias, ir be kibirkštinio išlydžio. Švytintis vainikas apie laidus susidaro, dujoms jonizuojantis ne visoje erdvėje tarp laidų, o kur laukas stipriausias. Vainikinis išlydis sudaro nemažus energijos nuostolius. Šis išlydis naudojamas elektrofiltruose.

Elektros lankas (Voltos lankas). Elektros lankas užsidega veikiant neaukštai įtampai, bet srovės <

stiprumas turi būti didelis. Norint gauti elekrtos lanką, reikia įtampą prijungti prie dviejų anglinių elektrodų, jų laidus akimirkai suglausti ir graitai atitraukti nedideliu atstumu. Elektros lankas naudojamas metalams lydyti, pjaustyti, virinti, geras šviesos šaltinis (prožektoriams).

ELEKTROS SROVĖ PRARETINTOSE DUJOSE. Tekant srovei, dujos vamzdelyje pradeda švytėti. Šviečiantis stulpelis mažėjant slėgiui plečiasi, šviesėja ir palaipsniui užpildo visą vamzdį. Šis išlydis vadinamas rusenančiuoju. Kiekvienos dujos praretintos švyti tik joms būdinga spalva. Šviečiantys vamzdeliai naudojami reklamose, gatvių apšvietimui. Įleidus oro į vamzdelį, švytėjimas nyksta.

PLAZMA. Iš ddalies arba visai jonizuotos dujos vadinamos plazma. Plazma elektriškai neutrali, nes ją sudarančių teigiamų ir neigiamų krūvių koncentracija vienoda. Saulė, žvaigždės sudarytos iš plazmos. Saulės radiacijos jonizuoti viršutiniai atmosferos sluoksniai – žemos temperatūros plazma – supa žemę. Tai jonosfera. Saulės vėjas sukelia jonosferoje oro švytėjimą – šiaurės pašvaistes.

Magnetinis plazmodinaminis generatorius degančio kuro energiją tiesiogiai verčia elektros energija.

ELEKTROS ŠALTINIS VAKUUME. Labiau retintas dujas, švytėjimas silpnės, kol išnyks. Giliame vakuume srovė nutrūksta. Inde molekulių lieka tiek mažai, kad jos juda beveik nesusidurdamos. Srovei reikalinga smūginė jonizacija. Smarkiai įkaitintas metalas pradeda spinduliuoti elektronus. Šis procesas

vadinamas termoelektrine emisija, o atsiradę elektronai – termoelektronais. Išlėkę elektronai kaupiasi prie jo paviršiaus ir sudaro neigiamą tūrinį krūvį – elektronų debesėlį, kuris stabdo elektronų “garavimą”. Sudarius priešingos krypties elektrinį lauką, bus iš debesėlio išsiurbiami

termoelektronai ir judės kryptingai vakuumu – tekės srovė. Pritaikoma technikoje elektroninėse lempose, fotoelementuose.

DIODAS (vakuuminis).

Diodą sudaro stiklinis arba metalinis balionas, iš kurio išsiurbtas oras. Iš dviejų elektrodų – katodo – yra elektronų šaltinis: jis įkaitinamas leidžiant srovę iš nedidelės įtampos. Tarp katodo ir anodo jungiama valdomoji įtampa, vadinama anodo įtampa. Kol katodas šaltas, srovės tarp katodo ir anodo nėra. Bet įjungus katodo kaitinimą atsiranda srovė, nes anodas traukia išspinduliuotus elektronus, o katodas juos sstumia.

Srovę vakuume galima reguliuoti dviem būdais: keičiant anodo įtampą arba katodo temperatūrą.

VOLTAMPERINĖ CHARAKTERISTIKA. Srovei tekant vakuumu, jos stiprumas priklauso nuo įtampos panašiai kaip dujose, kurias veikia jonizatorius. Didinant anodo įtampą srovės stiprumas stiprėja, kiek iš katodo išlekia elektronų, tiek pat patenka į anodą. Toliau didinant įtampą, srovė negali stiprėti – soties srovė. Padidinti soties srovę galima tik pakėlus katodo temperatūrą.

Diodu srovė gali tekėti tik vien kryptimi. Ši savybė naudojama kintamajai srovei lyginti – paversti vienos krypties srove.

TRIODAS (elektroninė lempa) Diodas tik praleidžia arba nepraleidžia srovės, o triodas dar ir valdo srovę – stiprina, silpnina. Triode yra įterptas tarp anodo ir katodo trečias elektrodas – tinklelis.

Būdamas arti katodo, tinklelis savo elektriniu lauku stipriai veikia elektronų debesėlį. Įelektrinus tinklelį katodo katodo atžvilgiu neigiamai, jo elekrinis laukas stabdo elektronų judėjimą link nevėluodama atkartoja anodo grandinės srovė. Triodai taikomi silpniems įtampos svyravimams stiprinti.

ELEKTRONINIS VAMZDIS. Greiti elektronai, atsimušdami į kai kurias medžiagas, sukelia jų švytėjimą – liuminoforai. Kuo daugiau atsimušančių elektronų, tuo daugiau švyti. Principas elektrinius signalus paversti šviesos – spalvos signalu. Elektroninį vamzdį sudaro storasienė kolba, iš kurios

išsiurbtas oras. Priekinė kolbos sienelė – ekranas, iš vidaus padengta liuminoforu, kuris švyti, veikiamas greitų elektronų. Kolboje įmontuotas elektronų prožektorius, įtaisas , kuris sukuria eelektronų srautą ir jį suglaudžia į siaurą spindulį. Elektronų lėkimo kryptį galima valdyti elektriniu ar magnetiniu lauku. Valdantis elektrinis laukas sudaromas tarp dviejų plokštelių: neigiamos ir teigiamos. Vamzdyje valdymo sistemą sydaro dvi horizontalios ir dvi vertikalios plokštės. Keičia įtampą, todėl jis piešia. Liuminoforų

švytėjimas neturi inercijos. Elektroniniai vamzdžiai naudojami greitiems periodiniams procesams tirti, televizorių ekranuose, radiolokatoriuose.

ELEKTROS SROVĖ PUSLAIDININKIUOSE

Puslaidininkiai – pusiau pralaidžios elektros srovei medžiagos. Joms būdinga, kad jų laidumas priklauso

nuo priemaišų ir išorinių sąlygų: šviesos, temperatūros, slėgio. Eletrotechnikoje naudojamos puslaidininkinės medžiagos: silicis, galio arsenidas, germanis, selenas ir kt.

Su laisvaisiais elektronais susijęs puslaidininkio laidumas vadinamas elektroniniu laidumu arba n laidumu.

Elektrono netekęs atomas judėti kristale negali, tačiau gali prisitraukti gretimo atomo elektroną. Likusią tuščią vietą – skylę, gali užpidyti kito atomo elektronas, palikdamas savo vietoj skylę. perėjo skylė – tai perėjo ir teigiamas krūvis. Elektriniame lauke skylės juda prieš lauko kryptį. Jų lemiamą laidumą vadiname skyliniu laidumu arba p laidumu.

Gryname puslaidininke skylės atsiranda kartu – poromis, jų skaičius būna vienodas. Tokio puslaidininkio laidumas, pusiau elektroninis ir pusiau skylinis, vadinamas savuoju laidumu. Puslaidininkių laidumas priklauso: nuo temperatūros (šylant jų varža mažėja, todėl būdingas temperatūrinis varžos koeficientas), šviesos spindulių.

Puslaidininkiniai prietaisai, kurių veikimas pagrįstas jų varžos kitimu kintant temperatūrai, vadinami termistoriais arba termorezistoriais.

Termistorius sudarytas iš korpuso, puslaidininkinio elemento ir kontaktinių laidų. Paprasta konstrukcija, mažas, svarbiausias automatikos įtaisų elementas. termistoriai matuoja temperatūros skirtumus milijonosios laipsnio dalies tikslumu.

Fotorezistorius. Puslaidininkinio elektronai gali išsilaisvinti ir gavę energijos iš šviesos spindulių. Prietaisai, kurių veikimas šia savybe pagrįstas,

vadinami fotorezistoriais. Fotorezistorių sudaro: skaidri dielektriko plokštė, iš vienos pusės padengta plonu puslaidininkio sluoksniu. Šis sluoksnis skiria srovei laidžius elektrodus. Apšvietus puslaidininkį, jame padaugėja krūvininkų, sumažėja varža ir grandine ima tekėti apie tai signalizuojanti srovė. Jie taikomi mokslo, technikos ssrityse.

PRIEMAIŠINIS PUSLAIDININKIŲ LAIDUMAS

n arba p laidumas gaunamas įterpiant į gryną kristalą priemaišų. Tada dar atsiranda priemaišinis laidumas.

n-tipo puslaidininkio gavimas. Į 4valentį germanį įmaišoma penkiavalenčio arseno. Susidarys 4 jungtys, kai germanio atomas jungsis su arseno atomu. penktasis elektronas silpnai traukiamas branduolio, todėl taps laisvas. penktieji elektronai padidina elektroninį puslaidininkio laidumą. Puslaidininkį pakaitinus jungtys trūkinėja ir susidaro papildomas skaičius elektronų ir skylučių. Priemaišos, didinančios elektroninį puslaidininkio laidumą, vadinamos donorais. Čia pagrindiniai krūvio nešėjai – elektronai, o nepagrindiniai – skylutės.

p-tipo puslaidininkio gavimas. ĮĮ germanį įmaišoma

trivalenčio indžio. Jungiantis atomams susidaro trys patvarios jungtys, o ketvirtajai trūksta susidaryti 1 elektrono, todėl ten bus skylutė. Elektronai nepagrindiniai nešėjai, o skylutės pagrindiniai krūvio nešėjai. Primaišos, didinančios skylinį puslaidininkio laidumą vadinamos akceptoriais.

pn- sandūra. Suglaudus p iir n laidininkus pro lietimosi paviršių prasideda krūvininkų vienas kito neultralizacija – rekombinuoja, todėl šios dalies varža didėja. Atsiradę elektros krūviai kuria savo elektrinį

lauką. Taip sandūroje atsiranda potencialų skirtumas – kontaktinė EVJ. Elektrinio lauko jėgos stabdo tolesnę elektronų ir skylių difuziją, nes traukia elektronus atgal į n-sritį, skyles – į p-sritį. Nusistovi dinaminė pusiausvira.

ELEKTRONINIS ELEKTROS VENTILIS (diodas)

Jeigu n puslaidininkis bus sujungtas su šaltinio teigiamu poliumi, o p puslaidininkis – su neigiamu poliumi, tai išorinis elektrinis laukas bus tos pačios krypties kaip kontaktinis ir trauks krūvininkus nuo sandūros. Srovė labai maža ir vadinama atbuline.

Prijungus įtampą atvirkščiai išorinis elektrinis laukas bus nukreiptas prieš kontaktinį, kompensuos jį ir skatins elektronus bei skyles judėti per sandūrą. Grandine tekės srovė.

pn sandūra yra laidi ttik viena kryptimi. Puslaidininkių sistema su pn sandūra vadinama puslaidininkiniu diodu arba puslaidininkiniu ventiliu.

Naudojami kintamai srovei lyginti.

TRANZISTORIUS

Prietaisas puslaidininkinis, kuris turi tris kontaktus ir skirtas srovei valdyti, vadinamas Tranzistoriumi. Tranzistorius sudarytas iš 3 puslaidininkių, atskirtų vienas nuo kito dviem pn sandūromis. Du kraštiniai yra vienodo laidumo, o vidurinysis priešingo. Tranzistoriai yra pnp arba npn. Tranzistoriaus vidurinioji dalis vadinama baze. Stiprinamoji kintama įtampa – įėjimo signalu, patenka tarp bazės ir vienos kraštinės dalies – emiterio. Kita kraštinės dalis vadinama kolektoriumi. Tranzistoriui rreikia dviejų elektros šaltinių: mažesnės įtampos emiterio šaltinio, didesnės įtampos kolektoriaus šaltinio.

Tranzistoriai būna taškiniai ir plokštiniai. taškinis ne ekonomiškas. Plokštinį triodą sudaro kristalo plokštės:

Jungimas. Tranzistoriaus emiterio šaltinis visuomet jungiamas taip, kad emiterio – bazės sandūra (np) būtų laidi srovei: teigiamas polius – su baze, neigiamas – su emiteriu, jei tranzistorius npn. Kolektoriaus šaltinis atvirkščiai, turi būti prijungtas taip, kad bazės – kolektoriaus sandūra (pn) būtų nelaidi srovei: teigiamas polius jungiamas su kolektoriumi, neigiamas – su baze.

Kaip stiprina tranzistorius? Bazė yra labai siaura. Pajungus elektros šaltinį iš p srities skylutės difunduoja į n sritį. Kadangi n sritis plona, tai didelė dalis skylučių pereina į kolektorių (nespėja susijungt)

Iemiterio=Ikolektoriaus; R1