Характеристика електричної теорії провідності - Контрольная работа

Класична (у розумінні неквантова) електронна теорія провідності металів створена в 1900 р. німецьким фізиком П. Ідеї Друде розвинув далі X. Друде виходив із припущення, що висока електропровідність металів зумовлена великою кількістю носіїв заряду - електронів, які хаотично переміщаються в обємі металу. Класична електронна теорія спирається на кілька фундаментальних припущень, а саме: 1) Усі метали мають кристалічну будову.Електричний струм в металевих провідниках ніяких змін в цих провідниках, крім їх нагрівання, не викликає. Після закінчення дослідів було встановлено, що є лише незначні сліди взаємного проникнення металів, які не перевищують результатів звичайної дифузії атомів в твердих тілах. Оскільки маси атомів міді і алюмінію істотно відрізняються один від одного, то маса циліндрів повинна була б помітно змінитися, якби носіями заряду були іони. В основі цих дослідів лежить припущення про те, що, крім електронів, повязаних з ядром атома, в металах є і вільні електрони, що відірвалися від атомів. Досвід по виявленню інерційного руху електронів в металі був поставлений в такий спосіб.Силою струму І називають фізичну величину, що характеризує електричний струм у колі і дорівнює відношенню електричного заряду q, що пройшов через поперечний переріз провідника, до часу його проходження. У металевому провіднику рух зарядів - це рух електронів між позитивними іонами, які утворюються в результаті відриву цих електронів провідності від атомів, з яких складається метал. Отже, у разі виготовлення електропроводки для побутових і виробничих приміщень або проводів для ліній електропередачі доцільно використовувати мідні та алюмінієві проводи. Ці зіткнення ускладнюють рух заряджених частинок у провіднику і є причиною опору провідника проходженню струму. Ом 1826 року експериментально встановив, що сила струму I, який протікає по однорідному металічному провіднику (провіднику, в якому не діють сторонні сили), пропорційна до напруги U на кінцях провідника: I = U/R.Якщо в провіднику немає електричного поля, то електрони рухаються хаотично, аналогічно тому, як рухаються молекули газів або рідин. Якщо ж у провіднику створено електричне поле, то електрони, зберігаючи свій хаотичний рух, починають рухатися у бік позитивного полюса джерела. Але як тільки в провіднику виникає електричне поле, воно з величезною швидкістю, близькою до швидкості світла у вакуумі (300 000 км / с), поширюється по всій довжині провідника. Одночасно з поширенням електричного поля всі електрони починають рухатися в одному напрямку по всій довжині провідника.Для визначення швидкості упорядкованого руху вільних електричних зарядів в провіднику потрібно знати концентрацію n вільних носіїв заряду і силу струму I. Якщо концентрація вільних електричних зарядів в провіднику n, то за проміжок часу через поперечний переріз S провідника при швидкості їх упорядкованого руху проходить електричний заряд q, рівний: де e - модуль заряду електрона. Сила струму I в провіднику при тому дорівнює: , З останнього рівняння швидкість упорядкованого руху електронів у провіднику дорівнює: , Концентрація вільних електронів в металах приблизно дорівнює концентрації атомів, модуль заряду електрона e = 1,6 * 10-19 Кл.Питомий опір металів при нагріванні збільшується приблизно за лінійним законом.(мал.152) Досвід показує, що при не дуже високих і не дуже низьких температурах залежності питомого опору від температури виражається лінійною функцією: ? = ?0? (1 ???t), де ?t = t - t0, t0 = 0 ° C, ?0, ? - питомі опору речовини провідника відповідно при 0 ° С і t ° C, ? - температурний коефіцієнт опору, що вимірюється в СІ в Кельвіна в мінус першого ступеня (К-1 ) (або ° C-1). Температурний коефіцієнт опору речовини - це величина, що чисельно дорівнює відносній зміні питомої опору провідника при його нагріванні на 1 К: електронний провідність метал амперний ?=??/?0??T Існують спеціальні сплави, опір яких практично не змінюється при нагріванні, наприклад, манганин і константан. Якщо знехтувати зміною розмірів металевого провідника при нагріванні, то таку ж лінійну залежність від температури буде мати і його опірВідповідно до класичної електронної теорії, питомий опір металів має монотонно зменшуватися при охолодженні, залишаючись кінцевим при всіх температурах. Така залежність дійсно спостерігається на досвіді при порівняно високих температурах. При більш низьких температурах порядку декількох кельвінів питомий опір багатьох металів перестає залежати від температури і досягає деякого граничного значення. Деякі речовини, що переходять при низьких температурах в надпровідний стан, не є провідниками при звичайних температурах. Явище зменшення питомого опору до нуля при температурі, відмінній від абсолютного нуля, називається надпровідністю.Вона проводиться на сканері, що використовує принцип ядерно-магнітного резонансу (ЯМР), і пацієнт, сам того не підозрюючи, знаходиться в лічених сантиметрах від надпровідних електромагнітів.

Зміст

1. Класична теорія провідності металів

2. Природа електричного струму в металах

3. Сила струму в металічному провіднику

4. Швидкість розповсюдження електричного струму в металах

5. Визначення швидкості розповсюдження електричного струму в металах

6. Залежність питомого електричного опору металів від температури

7. Явище сверхпровідності та його використання

8. Використання надпровідності металів

9. Недоліки електричної теорії провідності

Література

1. Класична теорія провідності металів