- •Классическая электронная теория проводимости металлов.
- •-Закон Видемана и Франца.
- •С учетом этого, для силы тока в проводнике получим
- •Тепловое действие тока
- •Работу тока измеряют также в кВт ч (киловатт-часах).
- •8.1. Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее опытные обоснования
- •Закон Джоуля-Ленца:
- •Масса электрона
- •Количество электронов (у всех металлов примерно одинакова)
- •8.3. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной формах.
- •Сверхпроводимость.
- •1911 Камерлинг-Онеса было открыто явления сверхпроводимости
- •Особенности сверхпроводящего состояния
- •8.2. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах.
С учетом этого, для силы тока в проводнике получим
.
Сопоставляя приведенное соотношение с полученным ранее законом Ома для участка цепи, можно придти к выводу о том, что проводник длиною и площадью поперечного сечения обладает сопротивлением, величина которого определяется формулой
. (3)
Эта формула полностью согласуется с формулой для сопротивления проводника, полученной ранее
. (4)
Из приведенных
формул (3) и (4) следует, что индивидуальная
характеристика проводника может быть
выражена через массу электрона
,
его заряд
и
среднее время
между
двумя последовательными столкновениями
электронов с узлами кристаллической
решетки
.
Как видим, классическая электронная теория проводимости позволяет связать удельное сопротивление с индивидуальными свойствами проводника
. (5)
Из приведенной формулы следует, что чем меньше электронов в единице объема проводника, чем чаще они сталкиваются с узлами кристаллической решетки, тем больше их удельное сопротивление. Наименьшим удельным сопротивлением обладают проводники, изготовленные из серебра. Далее следуют проводники из меди и алюминия. Численные значения удельного сопротивления для указанных металлов при 20оС приведены в таблице
ВЕЩЕСТВО |
Удельное сопротивление |
Удельное сопротивление |
СЕРЕБРО |
1,6 10-2 Ом мм2/м |
1,6 10-8 Ом м |
МЕДЬ |
1,7 10-2 Ом мм2/м |
1,7 10-8 Ом м |
АЛЮМИНИЙ |
2,6 10-2 Ом мм2/м |
2,6 10-8 Ом м |
Представим формулу (2) для плотности тока в виде
(6)
Приведенное
соотношение называют законом
Ома
для участка цепи в
дифференциальной форме.
Величину
,
обратную удельному сопротивлению
проводника, называют удельной
проводимостью. Она равна
Тепловое действие тока
Как отмечалось
ранее, падение напряжения
,
связанное с силами сопротивления со
стороны проводника, равно количеству
тепла, выделяющемуся в проводнике при
прохождению по нему 1
Кл
электричества. Если по проводнику
пройдет заряд
,
то количество выделившегося в нем тепла
будет равно
.
Учитывая, далее, что при постоянном токе прошедший через проводник за время заряд равен
,
для тепла
получим
(7)
Формула (7) представляет закон Джоуля-Ленца и интегральной форме
Работа силы за единицу времени называют мощностью. Поэтому мощность кулоновских сил или мощность электрического тока определится формулой
(8)
В СИ мощность измеряют в ваттах, а работу в джоулях. Поэтому
Работу тока измеряют также в кВт ч (киловатт-часах).
.
Подсчитаем
количество тепла, выделяющееся за
единицу времени в единице объема
проводника. Пусть
удельное
сопротивление проводника,
его
длина,
площадь поперечного сечения. Количества
тепла, выделившееся в проводнике за
с, будет равно
. (9)
Полученная формула (9) характеризует удельную тепловую мощность проводника и называется законом Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
