Să începem cu conductorii de metal. Caracteristica curentului de tensiune a acestor conductoare este cunoscută, dar până acum nu sa spus nimic despre explicația sa din punct de vedere al teoriei moleculare-cinetice.
Purtătorii de taxe libere în metale sunt electroni. Concentrația lor este ridicată - aproximativ 10 28 1 / m 3. Acești electroni participă la mișcarea termică aleatorie. Sub acțiunea câmpului electric, ele încep să se miște într-un mod ordonat, cu o viteză medie de ordinul 10-4 m / s.
Dovezi experimentale privind existența electronilor liberi în metale. Dovezi experimentale că conductibilitatea metalelor se datorează mișcării electronilor liberi a fost dată în experimentele lui LI Mandelstam și ND Papaleksi (1913), B. Stewart și R. Tolman (1916). Schema acestor experimente este după cum urmează.
Un fir este înfășurat pe o bobină, ale cărei capete sunt lipite pe două discuri metalice izolate una de alta (figura 16.1). Cu ajutorul contactelor glisante, un galvanometru este conectat la capetele discurilor.
Bobina este condusă într-o rotație rapidă, apoi se oprește brusc. După oprirea bruscă a bobinei, particulele încărcate libere se mișcă pentru o vreme în raport cu conductorul prin inerție și, prin urmare, apare un curent electric în bobină. Curentul există pentru o perioadă scurtă de timp, deoarece datorită rezistenței conductorului, particulele încărcate sunt decelerate și mișcarea ordonată a particulelor care formează curentul încetează.
Direcția curentului din acest experiment indică faptul că este creată de mișcarea particulelor încărcate negativ. În acest caz, încărcătura transportată este proporțională cu raportul dintre sarcina particulelor care creează curentul și masa lor, adică | q | / m. Prin urmare, prin măsurarea sarcinii care trece prin galvanometru în timpul existenței actuale în circuit, a fost posibil să se determine acest raport. S-a constatat că este 1,8 • 10 11 C / kg. Această valoare a coincis cu raportul dintre încărcătura electronică și masa ei e / m. găsit mai devreme din alte experimente.
Mișcarea electronilor într-un metal. Electronii sub influența forței care acționează asupra lor din partea câmpului electric dobândesc o anumită viteză de mișcare ordonată. Această viteză nu crește în viitor cu timpul, deoarece, prin ciocnirea cu ionii laturii cristaline, electronii pierd mișcări direcționale, iar apoi, sub acțiunea câmpului electric, încep să se miște în mod direct. Ca rezultat, viteza medie a mișcării ordonate a electronilor este proporțională cu câmpul electric din conducta v
E și, prin urmare, diferența de potențial la capetele conductorului, deoarece. unde l este lungimea conductorului.
Curentul din conductor este proporțional cu viteza mișcării ordonate a particulelor (vezi formula (15.2)). Prin urmare, putem spune că curentul este proporțional cu diferența de potențial la capetele conductorului: I
U. Aceasta este o explicație calitativă a legii lui Ohm bazată pe teoria electronică a conductivității metalelor.
Este imposibil să construim o teorie cantitativă satisfăcătoare a mișcării electronilor într-un metal pe baza legilor mecanicii clasice. Faptul este că condițiile pentru mișcarea electronilor într-un metal sunt astfel încât mecanica clasică a lui Newton este inaplicabilă pentru a descrie această mișcare.
Acest lucru este văzut cel mai clar din exemplul următor. Dacă determinăm experimental energia cinetică medie a mișcării termice a electronilor într-un metal la temperatura camerei și găsim temperatura corespunzătoare acestei energii, obținem o temperatură de ordinul 10 5-106 K. O asemenea temperatură există în interiorul stelelor. Mișcarea electronilor dintr-un metal respectă legile mecanicii cuantice.
Sa demonstrat experimental că purtătorii de sarcină liberă în metale sunt electroni. Sub acțiunea unui câmp electric, electronii se mișcă cu o viteză medie constantă, experimentând un efect de întârziere din partea laturii cristalului. Viteza mișcării ordonate a electronilor este direct proporțională cu intensitatea câmpului din conductor.
.
1. Bobina (vezi Figura 16.1) se rotește în sensul acelor de ceasornic, apoi fusese frânată brusc. Care este direcția curentului electric în bobină în momentul frânării?
2. Cum depinde viteza mișcării ordonate a electronilor într-un conductor metalic de tensiunea la capetele conductorului?
G.Ya.Myakishev, B.Buhovtsev, N.N.Sotsky, Fizica clasei a 10-a
Dacă aveți corecții sau sugestii pentru această lecție, scrieți-ne.
Dacă doriți să vedeți alte ajustări și dorințe pentru lecții, consultați aici - Forumul educațional.