Электрический ток в металлах Электрический ток в

Электрический ток в металлах

Электрический ток в металлах представляет собой направленное движение электронов. Положительный ион электрон

Строение металлов Металлы имеют кристаллическую решетку, в узлах которой находятся положительные ионы. Между ионами движутся свободные электроны. Из-за многочисленных столкновений движение электронов носит хаотичный характер. при наличии внешнего электрического поля свободные электроны совершают дрейф в определенном направлении.

Опыт Э. Рикке 1901 г.

В этих опытах Э. Рикке электрический ток пропускал в течении года через три прижатых друг к другу, хорошо отшлифованных цилиндра медный, алюминиевый и снова медный. Общий заряд, прошедший за это время через цилиндры, был очень велик (около 3, 5*106 Кл). После окончания было установлено, что имеются лишь незначительные следы взаимного проникновения металлов. Измерения показали, что масса каждого из цилиндров осталась неизменной. Поскольку массы атомов меди и алюминия существенно отличаются друг от друга, то масса цилиндров должна была бы заметно измениться, если бы носителями заряда были ионы. Следовательно, свободными носителями заряда в металлах являются не ионы.

Опыт Т. Стюарта и Р. Толмена

• Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру Г. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся по отбросу стрелки гальванометра.

Основные положения теории • носителями заряда в металлах являются электроны; • Под действием внешнего электрического поля на беспорядочное движения электронов накладывается упорядочное движения, т. е. возникает электрический ток.

Если к проводнику длиной L приложить разность потенциалов U, то внутри проводника появится электрическое поле напряженностью Согласно второму закону Ньютона, электроны под действие этого поля приобретут ускорение Поэтому скорость электронов через время t станет равной После каждого столкновения электронов с ионами решетки меняется в основном направление скорости электрона, а модуль средней скорости электронного газа остается постоянной и равной Таким образом, благодаря столкновениям с ионами решетки электроны в металле движутся не равноускоренно, а со средней постоянной скоростью, пропорциональной приложенной силе

Закон Ома для участка цепи ( теоретическая часть П. Друде и Х. Лоренца) Рассмотрим металлический проводник длинной L с концентрацией электронов n площадью поперечного сечения S. По определению:

q=e, поэтому Начальная скорость=0, после того как электроны прошли путь, равный длине свободного пробега λ , она стала равной V 2=at Время между столкновениями электронов с ионами решетки равно Тогда: Λ-длина свободного пробега U-средняя скорость беспорядочного движения электронов Подставив это значение Vср получим формулу:

Величина Так как Получила название удельное сопротивление вещества. То формула = В широком интервале температур зависимость удельного сопротивления металлов от температуры выглядит так: Так как То аналогично будет меняться с температурой и сопротивление проводника

Сверхпроводимость

Хейке Камерлинг-Оннес в 1911 г. обнаружил явление, названное им сверхпроводимостью. Оказалось, что у некоторых металлов при очень низких температурах сопротивление падает скачком до нуля. Это означает, что металлы начиная с этой температуры перестают оказывать сопротивление электрическому току. На современном этапе сверхпроводимость обнаружена у многих металлов и сплавов. Интересно, что некоторые металлы, в том числе и самые хорошие проводники (медь, серебро, золото, платина, натрий, калий, железо, никель), не обладают сверхпроводимостью.

Теория сверхпроводимости • Теория сверхпроводимости была создана лишь в 1957 г. американцами Л. Купером, Дж. Бардином и Дж. Шриффером. Они считали, что сверхпроводимость-это сверхтекучесть электронной жидкости. Свойство сверхтекучести-течь без трения-присуще квантовым жидкостям и открыто советским физиком Л. Д. Ландау (1908 -1968) • В 1986 г. была открыта высокотемпературная сверхпроводимость. Были получены сложные оксидные соединения лантана, бария и других элементов с температурой перехода в сверхпроводящее состояние около 100 К. Полученные сверхпроводящие образцы оказались очень хрупкими. При обработке они разрушались и превращались в порошок. Перед физикой сверхпроводников стоит задача не только поиска сверхпроводящих материалов, но и выборки у них высокотехнологичных свойств.