
- •Постоянный электрический ток Трудности классической теории
- •Электромагнетизм. Циркуляция вектора в магнитного поля по замкнутому контуру
- •Движение заряженных частиц (в однородном) магнитном поле
- •Энергия магнитного поля
- •Основы теории электромагнитного поля Электрические колебания
- •Электромагнитные волны и их свойства
- •Основы оптики Интерференция света
- •Дифракция рентгеновских лучей
- •Квантовая природа излучения Спектральная плотность излучательности, спектральная поглощательная способность
- •Формула Эйнштейна для фотоэффекта
- •Основы атомной физики Принцип дополнительности Бора
- •Физика атомного ядра Характеристики атомного ядра.
Постоянный электрический ток Трудности классической теории
Температурная
зависимость сопротивления.
Из формулы удельной проводимости
следует, что сопротивление металлов,
т. е. величина, обратно пропорциональная
,
должна возрастать пропорционально
(в (103.2) п
и l
от температуры не зависят, а u~
).
Этот вывод электронной теории противоречит
опытным данным, согласно которым R~T.
Оценка средней длины свободного пробега электронов в металлах. Чтобы по формуле получить , совпадающие с опытными значениями, надо принимать l значительно больше истинных, иными словами, предполагать, что электрон проходит без соударений с ионами решетки сотни междоузельных расстояний, что не согласуется с теорией Друде — Лоренца.
Теплоемкость металлов. Теплоемкость металла складывается из теплоемкости его кристаллической решетки и теплоемкости электронного газа. Поэтому атомная (т. е. рассчитанная на 1 моль) теплоемкость металла должна быть значительно большей, чем атомная теплоемкость диэлектриков, у которых нет свободных электронов. Согласно закону Дюлонга и Пти (см. § 73), теплоемкость одноатомного кристалла равна 3R. Учтем, что теплоемкость одноатомного электронного газа равна 3/2R. Тогда атомная теплоемкость металлов должна быть близка к 4,5R. Однако опыт доказывает, что она равна 3R, т. е. для металлов, так же как и для диэлектриков, хорошо выполняется закон Дюлонга и Пти. Следовательно, наличие электронов проводимости практически не сказывается на значении теплоемкости, что не объясняется классической электронной теорией.
Объяснить затруднения элементарной классической теории электропроводности металлов можно лишь квантовой теорией, которая будет рассмотрена в дальнейшем. Надо, однако, отметить, что классическая электронная теория не утратила своего значения и до настоящего времени.
Электромагнетизм. Циркуляция вектора в магнитного поля по замкнутому контуру
Циркуляцией вектора В по заданному замкнутому контуру называется интеграл
где dl — вектор элементарной длины контура, направленной вдоль обхода контура,
Bl=Bcos — составляющая вектора В в направлении касательной к контуру
(с учетом выбранного направления обхода), — угол между векторами В и dl.
Закон полного тока для магнитного поля в вакууме (теорема о циркуляции вектора В):
циркуляция вектора В по произвольному замкнутому контуру равна произведению магнитной постоянной 0 на алгебраическую сумму токов, охватываемых этим контуром:
(118.1)
где n — число проводников с токами, охватываемых контуром L произвольной формы. Каждый ток учитывается столько раз, сколько раз он охватывается контуром. Положительным считается ток, направление которого образует с направлением обхода по контуру правовинтовую систему; ток противоположного направления считается отрицательным.
Выражение (118.1) справедливо только для поля в вакууме, поскольку для поля в веществе необходимо учитывать молекулярные токи.
Движение заряженных частиц (в однородном) магнитном поле
Если заряженная частица движется в магнитном поле со скоростью v вдоль линий магнитной индукции, то угол между векторами v и В равен 0 или . Тогда сила Лоренца равна нулю, т. е. магнитное поле на частицу не действует и она движется равномерно и прямолинейно.
Если заряженная частица движется в магнитном поле со скоростью v, перпендикулярной вектору В, то сила Лоренца постоянна по модулю и нормальна к траектории частицы. Согласно второму закону Ньютона, эта сила создает центростремительное ускорение. Отсюда следует, что частица будет двигаться по окружности, радиус r которой
Период вращения частицы, т. е. время Т, за которое она совершает один полный оборот,
Если скорость v заряженной частицы направлена под углом к вектору В, то ее движение можно представить в виде суперпозиции:
равномерного прямолинейного движения вдоль поля со скоростью v||=vcos;
равномерного движения со скоростью v=vsin по окружности в плоскости, перпендикулярной полю.
В результате сложения обоих движений возникает движение по спирали, ось которой параллельна магнитному полю. Шаг винтовой линии