120. Електричний струм у металах
І
снування
інерційного струму носіїв заряду в
металевому провіднику було підтверджено
Мандельштамом і Папалексі використовуючи
гальванометр і обертання котушки.
Метали мають високу електропровідність, концентрація електронів металів становить п=1*1028.. Ферум має 54 електрони, важлива валентна зона. Зв'язок електронів слабкий. Електрон має достатньо енергії для розриву з ядром. Метал без ізоляції навколо себе має електрону хмарину, ці електрони можуть повертатися і покидати метал. Якщо підключаючи джерело, то електрони виконують порядковане дрейфування по валентним зонам атома.
121. Класична електронна теорія металів.
Класична теорія провідності металів створена в 1900 р. Друде, який спирався на припущення, що висока електропровідність металів зумовлена великою кількістю електронів в металі. Електрони в металі утворюють електронний газ, який має властивості одноатомного газу.
В основу класичної електронної теорії провідності металів покладено такі положення:
1. метал як кристалічне тіло є системою позитивних іонів та вільних електронів. Іони в вузлах кристалічної гратки здійснюють теплові коливання навколо положення рівноваги, а всередині гратки хаотично рухаються електрони, створюючи електронний газ.
2. електронний газ вважається ідеальним газом, який перебуває в термодинамічній рівновазі з іонами гратки.
3
.
середня довжина вільного пробігу
електрона не залежить від його швидкості
хаотичного руху, а середня кінетична
енергія теплового руху, що припадає на
один електрон, визначається за формулою:
4. електрони рухаються протилежно силовим лініям зовнішнього електричного поля.
5. між електроном і іоном відбувається непружне зіткнення, внаслідок чого виділяється джоулеві тепло і метал нагрівається.
Проте, ця теорія не могла пояснити:
1. температурної залежності електропровідності металів;
2. мізерно малу теплоємність електронного газу;
3. оцінити довжину вільного пробігу електрона.
122. Квантова теорія металів.
Статистика Фермі-Дірака враховує вплив специфічної природи окремих частинок електронного газу на властивості всієї системи частинок як цілого.
Максимальну енергію електрона при абсолютному нулю температур називають енергією Фермі:
Розглядаємо електрони в металах як електронний газ(ідеальний газ). Кожен електрон має власну енергію, ця енергія складається з енергії обертання. За принципом Паулі: немає двох однакових електронів.
119. Робота, потужність електричного струму. Закон Джоуля-Ленца.
Закон Джоуля - Ленца
Роботу, яку виконує джерело струму з ЕРС, визначають за формулою:
Енергія джерела струму перетворюється частково або повністю у внутрішню енергію провідника або в механічну енергію. Скориставшись законом Ома, роботу можна виразити через силу струму або напругу:
Потужність електричного струму дорівнює відношенню роботи А до часу t, протягом якого вона виконується:
Одиницею потужності в СІ є Ват (Вт).
Якщо по провіднику проходить струм, то провідник нагрівається. Англійський вчений Дж. П. Джоуль і російський вчений Е. Х. Ленц встановили закон (Джоуля – Ленца): кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом, пропорційна силі струму, напрузі і часу проходження струму:
При
відсутності сторонніх сил