Plazer-don.ru

Сварочное оборудование
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему нагревается проводник с током, и как правильно выбирать проводник

Почему нагревается проводник с током, и как правильно выбирать проводник?

Разбираем, почему и как нагревается проводник при прохождении через него электрического тока

Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос крайне важен при выборе материалов и сечения проводников, а также в контексте борьбы с последствиями токов короткого замыкания.

Поэтому в нашей статье мы постараемся максимально подробно, но при этом на доступном языке, разобраться с причинами нагрева, его этапами и использовании этого свойства проводников на практике.

Физическая сущность течения тока в цепи

Наличие тока в цепи обусловлено направленным перемещением заряженных частиц. В твердых телах течение тока создается движением отрицательно заряженных электронов, в газах и жидкостях – положительными ионами. В таких широко распространенных веществах, как полупроводники, электрический ток возникает при движении частиц – электронов и «дырок» (положительно заряженных частиц, представляющих собой атомы с недостающим количеством электронов на внешних уровнях).

Основными условиями возникновения и существования электрического тока являются:

  • Наличие носителей зарядов – перемещающиеся по проводнику, газу или электролиту частицы;
  • Создаваемое определенным источником питания электрическое поле – без данного силового поля движение свободных носителей зарядов будет хаотичным, не имеющим определенного направления;
  • Замкнутая цепь – направленное движение зарядов возможно только в замкнутых цепях. Так, например, состоящий из источника питания ключа (переключатель) и лампочки накаливания ток будет протекать только тогда, когда ключ, располагающийся в разрыве проводника между одним из полюсов питания и лампой, находится во включенном состоянии, позволяя носителям заряда перемещаться по замкнутой цепи от отрицательного полюса батареи к положительному.

При протекании электрического тока через проводник выделяется количество теплоты

video-placeholder

Université d'État de Novossibirsk

4.8 (55 évaluations)

10 000 étudiants inscrits

Transcription de vidéo

Химия — это магия по-научному! Посмотрев наш курс, вы убедитесь в этом. Мы не только расскажем вам о неорганических веществах, их превращениях, физических и химических свойствах, но и наглядно покажем всё это в настоящей химической лаборатории. (Спойлер: у нас взорвался натрий, да и вообще много чего интересного произошло). В курсе вы узнаете об основных химических элементах Периодической системы: сначала главных подгрупп, а затем уже переходных металлов. Вряд ли в школе вы говорили об этом так подробно и увлекательно. Химия каждого элемента рассматривается на «продвинутом» уровне, поэтому в начале курса мы напомним вам основы общей химии и ключевые понятия неорганики. При рассмотрении химических свойств поддерживается концепция их разделения на три главнейшие группы: кислотно-основные свойства, окислительно-восстановительные превращения и реакции комплексообразования. Добро пожаловать в красивый (и немного опасный) мир неорганической химии! Вводный модуль. Основы общей химии (10 видео) Неделя 1. Неорганические вещества и их реакции (11 видео) Неделя 2. Водород, галогены, кислород (11 видео) Неделя 3. Сера, азот (11 видео) Неделя 4. Фосфор, углерод, кремний, металлы главных подгрупп (10 видео) Неделя 5. Переходные элементы (10 видео)

Читайте так же:
Маркировка проводов теплого пола

4.8 (55 évaluations)

À partir de la leçon

Enseigné par

Placeholder

Константин Коваленко

кандидат химических наук, доцент

Transcription

Итак, давайте рассмотрим, почему и как идут химические реакции. И начнем с того, что разберем, как изменяется энергия при протекании химических реакций. Конечно же, начать этот разговор мы должны с понятия "внутренняя энергия". Внутренняя энергия — это та часть энергии системы, которая не связана с кинетической энергией ее движения как целого или нахождением ее во внешнем силовом поле, например, геометрическом, электрическом или магнитном. Из чего же тогда складывается внутренняя энергия? Она складывается из поступательного, вращательного и колебательного движения частиц; энергии химических связей; энергии прочих взаимодействий между молекулами вещества. Внутренняя энергия изменяется в ходе физических или химических процессов. Так, например, при изменении температуры (нагревании или охлаждении) внутренняя энергия изменяется, это физический процесс. Изменяется внутренняя энергия и при плавлении или конденсации. При протекании химической реакции одно вещество превращается в другое, и, конечно же, запас внутренней энергии изменяется, она складывается из других составляющих, из энергии других химических связей. Мы будем считать, что внутренняя энергия увеличивается, если мы подводим энергию из окружающей среды, и внутренняя энергия, напротив, уменьшается, если система отдает тепло в окружающую среду. Как же может происходить изменение внутренней энергии в химических процессах? Может быть за счет выделения и поглощения теплоты или же поглощения и выделения света, возникновения электрического тока, взрыва, совершения механической работы и других способов. По своим тепловым эффектам, по тому, как изменяется внутренняя энергия в химических реакциях, все реакции разделяются на два типа. Экзотермические, в которых внутренняя энергия системы уменьшается, и теплота отдается в окружающую среду. Такими реакциями являются, например, реакция горения, растворение металлов в кислотах или реакция нейтрализации. Второй тип реакции — реакции эндотермические. В этих реакциях внутренняя энергия системы увеличивается за счет подводящейся в систему энергии извне, из окружающей среды. Как правило, такие реакции протекают при повышенной температуре. Реакции с кислородом тоже бывают эндотермические. Например, реакция азота с кислородом с образованием NO — это сильная эндотермическая реакция, она идет только в условиях очень повышенной температуры или даже электрического разряда. Разложение обычного куска школьного мела, которое начинается при температуре 1000 градусов Цельсия, это также пример эндотермического процесса. Количество выделяемого или поглощаемого тепла при протекании химической реакции называется тепловым эффектом. Тепловые эффекты химических реакций изучает такая наука, как термохимия. Термохимия является лишь разделом другой науки, которая называется химическая термодинамика, а она, в свою очередь, является разделом физической химии. Если вы хотите ознакомиться с этой замечательной, прекрасной наукой подробнее, добро пожаловать в курс "Физическая химия" от Новосибирского государственного университета. А мы разберем, как обозначают тепловой эффект химических реакций. Сделать это можно с помощью двух способов. Первый — графический, или энергетическая диаграмма. Для этого мы должны отметить вертикальную ось энергии, с помощью полочек отметить различные состояния вещества, а стрелки-переходы между этими полочками дадут нам, собственно, обозначение процесса. Если стрелка совпадает с направлением энергии, то тогда это будет поглощение теплоты системой, система будет увеличивать свою внутреннюю энергию. Если же стрелочка будет в обратном направлении, то это будет выделение теплоты. Вам также привычен способ обозначения теплового эффекта с помощью термохимического уравнения. В термохимическом уравнении обязательно указывается величина теплового эффекта в правой его части, обязательно указывают агрегатное состояние вещества, а коэффициенты в термохимическом уравнении отражают реальные количества веществ, реагирующих в молях, поэтому вы можете смело их делать дробными. От чего зависит тепловой эффект химических реакций? А он зависит от состава реагентов и продуктов. Так, если вы будете сжигать метан и ацетилен, очевидно, что будет выделяться различное количество теплоты. Или наоборот, если будет происходить реакция щелочи с кислотой, и при этом будет получаться средняя или кислая соль, то, конечно же, будет выделяться различное количество теплоты. Зависит тепловой эффект и от строения веществ. Так, при сгорании графита выделяется 393.5 килоджоуля на моль теплоты, а алмаза (ведь кто-то сжигал и измерял, сколько теплоты выделяется при горении алмаза) получается 395.4 килоджоуля на моль теплоты. Скажите, пожалуйста, какое из соединений, графит или алмаз, более устойчиво? Из двух химических систем, находящихся при одинаковых условиях, та, внутренняя энергия которой меньше, называется более устойчивой. Мы видим из энергетической диаграммы, что алмаз является менее устойчивым, чем графит. Графит более устойчив. Зависит тепловой эффект и от агрегатного состояния веществ. Так, при сжигании метана с образованием жидкой воды выделяется 890 килоджоулей на моль теплоты, а при сгорании метана с образованием газообразной воды выделяется 802 килоджоуля на моль теплоты. Скажите, пожалуйста, в чем же разница? Конечно, разница равна теплоте испарения воды. Именно поэтому в термохимических уравнениях всегда следует указывать агрегатные состояния вещества. Зависит тепловой эффект и от количества веществ реагирующих. Так, если при сжигании одного моль водорода выделяется 285.8 килоджоулей на моль теплоты, то при сжигании двух моль будет выделяться в два раза больше. Теплота реакции прямо пропорциональна количеству веществ, вступивших в реакцию и образовавшихся в результате нее. Зависит тепловой эффект и от условий реакции. Так, если мы будем проводить реакцию азота с водородом с образованием аммиака при комнатной температуре 25 градусов Цельсия, то будет выделяться лишь 92 килоджоуля на моль теплоты, а при температуре 627 градусов Цельсия будет выделяться 119 килоджоулей на моль теплоты. В чем причина таких изменений? Конечно же, в том, что у реагентов и продуктов различные теплоемкости. Следует отметить, что физхимики и физики очень любят не шкалу градусов Цельсия, а шкалу Кельвина, абсолютную шкалу температур. Она отличается от шкалы Цельсия на 273 градуса. В шкале Кельвина никогда не бывает отрицательных температур, и даже недостижима нулевая температура, поэтому 25 градусов Цельсия в шкале Кельвина — это 298 Кельвин, а 627 градусов Цельсия — это 900 Кельвин. Зависит тепловой эффект и того, при постоянном объеме или давлении протекает химическая реакция. Так, гидролиз карбида кальция водой при постоянном объеме приводит к выделению 129.4 килоджоулей на моль теплоты, а при постоянном давлении выделяется лишь 126.9 килоджолей на моль теплоты. Почему меньше? Да потому что система при этом совершает работу расширения. Выделяющийся газ совершает работу расширения, а при постоянном объеме такая работа равна нулю. Поскольку тепловой эффект зависит от условий, то физическая химия вводит такое понятие как "стандартные условия". Это температура 25 градусов Цельсия и давление одна атмосфера. А для веществ вводит такое понятие как "стандартное состояние". Для газов это состояние идеального газа при парциальном давлении одна атмосфера. Для твердых веществ и жидкостей это индивидуальное вещество в наиболее устойчивом агрегатном состоянии при внешнем давлении одна атмосфера. А для растворенных веществ это состояние идеального раствора при концентрации один моль на литр. Очень важно, что стандартные тепловые эффекты, то есть тепловые эффекты химических реакций, проведенных в стандартных условиях, приводят в справочниках. В справочниках приводят стандартные теплоты образования веществ, то есть тепловые эффекты реакций образования одного моль химического соединения при стандартных условиях из простых веществ, находящихся в такой модификации и в таком агрегатном состоянии, которые являются наиболее устойчивыми в стандартных условиях. Так, из графита и алмаза стандартным состоянием является графит. Закон Гесса — важнейший закон термохимии. Он утверждает, что тепловой эффект химической реакции не зависит от ее пути и от числа и характера промежуточных стадий, а зависит только от начального и конечного состояния системы. Этот закон был сформулирован русским химиком Германом Ивановичем Гессом, основоположником термохимии и разработчиком русской номенклатуры, с которой мы с вами познакомимся в одной из следующих лекций. Кроме того, Герман Иванович обучал основам химии императора Александра II. Итак, давайте проиллюстрируем закон Гесса на примере. При сжигании углерода с образованием оксида углерода (II) CO выделяется 110 килоджоулей на моль теплоты, а при сжигании CO образуется CO2 и выделяется еще 283 килоджоуля на моль теплоты. Обратите внимание, что сумма этих теплот 393 килоджоуля на моль. Это ровно та энергия, которая выделяется при сжигании одного моль углерода с образованием CO2. Из закона Гесса есть три важных следствия. Первое: теплоты прямой и обратной реакции совпадают по абсолютным значениям, но противоположны по знакам. Я думаю, что это хорошо понятно. Второе следствие: теплоты химических реакций можно рассчитывать, зная теплоты других химических реакций путем сложения, вычитания термохимических уравнений и их умножения на константу. Это означает, что с термохимическими уравнениями можно обращаться точно так же, как с математическими уравнениями, предполагая, что формулы химических веществ есть просто математические переменные. И наконец, третье следствие закона Гесса гласит, что тепловые эффекты химических реакций равны разности теплот образования продуктов и реагентов с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции. Это следствие позволяет нам рассчитывать тепловой эффект любой химической реакции, зная стандартные теплоты образования, которые занесены в справочник.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Замена провода теплого пола
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector