Электрический ток в металлах

План

1 Строение металлов

2 Опыты Л.И. Мандельштама и Н.Д. Папалекси

3 Зависимость сопротивления металлов от температуры

4 Явление сверхпроводимости

1 Строение металлов

Атомы и ионы, образующие кристаллическую решетку, совершают колебательное движение около положения равновесия. свободные электроны могут двигаться по всему объему металла.

Если внутри металла нет электрического поля, то движение электронов хаотичное. Электроны в этом смысле подобны обычному газу, их часто называют «электронным газом».

Если к концам проводника приложить разность потенциалов, то движение электронов уже не будет хаотичным: наряду с беспорядочным движением электронный газ будет перемещаться как целое, и поэтому возникает электрический ток.

• 2 Опыты л.И. Мандельштама и н.Д. Папалекси

Прохождение тока через металлы не изменяет их химического состава. Т.Е. атомы металла при прохождении тока не перемещаются от одного участка к другому.

Опыт Рике: цепь, в которую входили три цилиндра, из которых крайние были медные, а средний алюминиевый. Через цилиндры пропускали электрический ток в течение одного года. Через цепь прошло 3000000 Кл электричества. Производя затем анализ места соприкосновения меди и алюминия, Рике не обнаружил следов проникновения одного металла в другой.

Итак, при прохождении тока через металлы атомы металла не перемещаются вместе с током.

В металлах всегда есть значительное количество свободных зарядов, которые под действием электрического поля легко перемещаются по металлу.

Подтверждением этих представлений явились опыты, выполненные в 1913 году Л.И. Мандельштамом и Н.Д. Папалекси, но не опубликованные ими. В 1916 году Толмен и Стюарт опубликовали результаты своих опытов, оказавшиеся аналогичными опытам советских академиков.

Мысль опыта: если в металле есть свободные

заряды, обладающие массой, то они должны

подчиняться закону инерции. Быстро движущийся

проводник – совокупность движущихся в этом

направлении атомов металла, которые увлекают

вместе с собой и свободные заряды. Если

проводник остановить, то атомы, входящие в его состав, тоже остановятся; свободные же заряды по инерции должны продолжать свое движение.

Опыт: катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг оси. Концы витков были присоединены к чувствительному гальванометру. После раскручивания катушки ее быстро тормозили специальным приспособлением. При этом в цепи возникал кратковременный ток, причем направление тока соответствовало направлению инерционного движения отрицательных зарядов. В этих опытах было определено отношение заряда к массе носителей заряда.

Полученное соотношение совпадало с отношением заряда электрона к его массе. Следовательно, носители свободного заряда в металлах – электроны.

3 Зависимость сопротивления металлов от температуры

Т.к. при нагревании вещества хаотическое движение его молекул увеличивается, то возрастает противодействие направленному движению носителей заряда. Поэтому сила тока уменьшается, а это означает, что сопротивление проводника увеличивается.

Относительное изменение сопротивления пропорционально температуре

= , (1)

где температурный коэффициент сопротивления, характеризующий зависимость сопротивления вещества от температуры. Этот коэффициент равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 К.

Для металлов > 0 и почти не меняется.

У чистых металлов К^-1.

У растворов электролитов сопротивление с ростом температуры уменьшается; для них < 0.

Сопротивление проводника в основном меняется за счет изменения удельного сопротивления.

Зависимость сопротивления металлов от

температуры используют в термометрах

сопротивления. Обычно в качестве основного

рабочего элемента такого термометра берут

платиновую проволоку, зависимость

сопротивления которой от температуры хорошо известна. Об изменениях температуры судят по изменению сопротивления проволоки, которое можно измерить. Такие термометры позволяют измерять очень низкие и очень высокие температуры.