- •I тема.
- •1. Закон сохранения электрического заряда
- •2. Закон Кулона
- •3. Электрическое поле. Напряженность
- •4. Поток вектора е. Теорема Гаусса
- •Теорема Гаусса
- •Применение теоремы Гаусса
- •Работа в электрическом поле
- •7. Потенциал
- •Работа при перемещении электрического заряда
- •8. Циркуляция и ротор электрического поля
- •9.Связь между е и
- •10. Поле диполя
- •11. Диполь во внешнем электрическом поле
- •12. Система зарядов: поле и энергия
- •13. Проводники в электрическом поле. Равновесие зарядов на проводнике
- •14. Электростатическая индукция
- •15. Электроемкость. Конденсаторы
- •16. Энергия заряженного проводника; конденсатора
- •17. Энергия электрического поля
- •Электрическое поле в диэлектриках
- •Поляризация диэлектриков. Поле внутри диэлектрика
- •1)Поляризация диэлектриков.
- •2)Поле внутри диэлектрика.
- •20. Объемные и поверхностные связанные заряды
- •21. Теорема Гаусса для поля в диэлектриках
- •26. Закон Ома; для неоднородного участка цепи
- •27. Правила Кирхгофа
- •28. Мощность тока
- •Мгновенная электр.Мощность
- •Дифференциальные выражения для электрической мощности
- •Мощность постоянного тока
- •Мощность переменного тока.
- •Активная мощность
- •Полная мощность
- •29. Закон Джоуля-Ленца
- •30. Классическая теория проводимости металлов
- •31. Вывод закона Ома в теории электропроводимости
- •32. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме Дифференциальная форма
- •33. Затруднения классической теории проводимости металлов
- •Термоэлектрические явления
- •Термоэлектронная эмиссия
- •1. Магнитное поле. Вектор индукции магнитного поля.
- •2. Поле движущегося заряда.
- •11. Явление электромагнитной индукции.
- •Правило Ленца. Эдс индукции.
- •Методы измерения магнитной индукции.
- •Токи Фуко. Скин-эффект.
- •15. Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность контура.
- •Энергия магнитного поля.
- •Магнитное поле в веществе.
- •18. Опыты Барнета, Штерна и Герлаха.
- •19. Диамагнетики в магнитном поле.
- •20. Парамагнетики в магнитном поле.
- •21. Ферромагнетики в магнитном поле.
- •26. Вихревое электрическое поле.
- •27. Ток смещения.
30. Классическая теория проводимости металлов
Электронная теория проводимости Интерпретация разных свойств вещества с точки зрения движения и существования электронов является содержанием электронной теории. Эту теорию создал Друде, а доработал Лоренц. Он исходил из того, что электроны в металле ведут себя как молекулы идеального газа. В классической теории металлов считают, что движение электрона описывают законы Ньютоновой механики.
В этой теории считают, что взаимодействие электронов между собой несущественно, а взаимодействие ионов и электронов осуществляется только как соударения.
В промежутках между соударениями электроны движутся свободно, проходя в среднем путь Взаимодействия электронов и ионов (их соударения) ведут к тому, что кристаллическая решетка и электронный газ приходят в состояние теплового равновесия. На электронный газ Друде распространил результаты кинетической теории газов. Так, например, среднюю скорость движения электронов делают в соответствии с формулой:
В том случае, если проводник находится во внешнем электрическом поле, то на тепловое движение электронов накладывается упорядоченное движение с некоторой скоростью ⟨u⟩. Размер этой скорости можно оценить из формулы:
где n -- концентрация свободных электронов, qe -- величина заряда
электрона, j -- плотность тока. Расчеты показывают, что , тогда как
Получается, что при больших плотностях тока средняя скорость
упорядоченного движения электронов в 10^8 раз меньше, чем их средняя скорость хаотического движения. Следовательно, если требуется вычислить модуль суммарной скорости, то полагают, что:
\
Поучилось, что по классической электронной теории электросопротивление металлов вызвано соударениями электронов об ионы, в узлах кристаллической решетки. Также, классическая теория объяснила закон Джоуля -- Ленца. Опять - таки, соударениями электронов с ионами решетки, и выделением тепла в их результате. Эта теория дала качественное толкование закона Видемана -- Франца исходя из посыла о том, что теплопередача осуществляется в металле не кристаллической решеткой, а свободными электронами и рассматривая эти электроны как одноатомный газ. При этом было использовано выражение для коэффициента теплопроводности из кинетической теории газов. Однако эта теория не смогла объяснить все явления связанные с поведением металлов в электрических полях. Так, например, не было дано объяснение того, что электросопротивление металлов растет пропорционально температуре в первой степени. Следующая серьезная проблема, с которой столкнулась классическая теория электронной проводимости, было объяснение того, что теплоемкость металлов несущественно отличается от теплоемкости неметаллических кристаллов (тогда как согласно классической теории получалось, что молярная теплоемкость металла должна быть в 1,5 раза больше, чем у диэлектриков).
Прямое доказательство того, что электрический ток в металлах вызван движением электронов было сделано в опытах Толмена и Стюарта (1916 г.). Идея этих опытов была выдвинута Мандельштамом и Папалески еще в 1913 г. Проводящая катушка может вращаться вокруг своей оси. Концы катушки замыкают на гальванометр посредством скользящих контактов. Катушку, вращающуюся с высокой скоростью, резко тормозят. При этом свободные электроны продолжают
по инерции двигаться. Гальванометр регистрирует импульс тока. Если через обозначить линейное ускорение катушки в момент торможения (оно направлено по касательной к поверхности катушки, а при плотной намотке и тонких проводах можно положить, что ускорение направлено вдоль проводов), при торможении каждому свободному электрону приложена сила инерции (Fi), направленная противоположно ускорению, равная: