Товстюк корній денисович

(нар.1922р.)

На основі інтеркалювання шаруватих струк­тур вперше створив акумулятори та конденсатори нового покоління. Вони відрізняються від хімічних тим, що в останніх заряджається по­верхня, в той час як в нових заряджається весь об’єм.

ХРУЩОВ П.Д.

(1849-1909)

Провів в 1889-90 рр. досить точні дослідження з визначення ЕРСгальванічних елементів і їхньої вільної енергії.

БОРОВИК ЄВГЕН СТАНІСЛАВОВИЧ

(1915-1966)

Відкрив порушення закону Ома у металі (вісмуті) при великій густині струму.

СМАКУЛА ОЛЕКСАНДР

(1900-1983)

В 1927 р. написав роботу “Помір питомого опору плинного воздуха”, в якій дав опис запропонованого пристрою для вимірювання опору рідкого повітря, вивів формулу для розрахунку і отримав значення ρ=1,2.1018Ом.см. Провів перевірку закону Ома.

§59. Класична електронна теорія електропровідності металів і її дослідне обґрунтування. Виведення закону Ома в диференціальній формі із електронних представлень

Численні експерименти, виконані різними вченими в XIX ст., дали багатий матеріал для створення науково обґрунтованої теорії електричної провідності металів.

Перші досліди із з’ясування меха­нізму електропровідності металів виконав Е. Рікке. В електричне коло постійного струму було увімкнено три послідовно з’єднані циліндри з хімічно чистих алюмінію і міді, які щільно притискувались один до одного (рис. 146). Через коло протягом року пропускали електричний струм. За весь час через циліндри пройшов електричний заряд, що дорівнює. Проте ніяких ознак перенесення речовини (Cu,Al) не було виявлено. Це було експериментальним доказом того, що іони в металах не беруть участі в перенесенні електрики, а перенесення заряду в металах здійснюється частинками, які є однаковими для усіх металів. Такими частинками можуть бути електрони.

Для вивчення природи носіїв струму в металі Г. Лоренц запропонував такий дослід.

Металевий стрижень Срухався пос­тупально з швидкістю(рис. 147). Внаслідок взаємодії з кристалічною ґраткою носії струму в провіднику теж ру­хались з швидкістю. Стрижень різко гальмувався і в момент гальмування замикався нерухомим металевим провідникомВ на гальванометр. Носії струму, які не зв’язані жорстко з кристалічною ґраткою, продовжували рухатись за інерцією доти, доки взаємодія з іонами ґратки не зупинить їх. У замкненому колі проходив короткочасний струм, який можна виявити за допомогою гальванометраG. За напрямком струму визначають знак рухомих зарядів. Цей дослід дав змогу визначити питомий заряд; де- заряд носія струму,- його маса.

За законом Джоуля-Ленца робота, яка виконується струмом Iза часdt в колі з опоромR,дорівнює

.

Густина струму в стрижні дорівнює

,

де u– швидкість впорядкованого руху носіїв заряду в момент часуt,nконцентрація носіїв заряду, а сила струму в стрижні і у всьому колі

.

Тоді, робота, яку виконує струм

,

де - заряд, який пройшов через гальванометр за час.

Ця робота виконується за рахунок зменшення кінетичної енергії впорядкованого руху носіїв струму в стрижні С:

,

де nlS=Nкількість носіїв струму в стрижні з площею поперечного перерізуS. Отже,

.

Звідси

.

Проінтегруємо ліву і праву частину цієї рівності:

, .

Звідси отримуємо

,

де Q– повний заряд, що пройшов через гальванометр при гальмуванні стрижня.

Л. Мандельштам і Н. Папалексі виконали такий дослід. Вони взяли котушку з намотаним на неї дротом, кінці якої були з’єднані з нерухомою телефонною трубкою. При швидких крутильних коливаннях котушки навколо її осі в колі виникав змінний струм, що викликав тріск в телефонній трубці. Цей дослід підтвердив наявність носіїв струму в дроті. Проте він не дав змоги визначити напрямок струму і знак заряду.

Т. Стюарт і Р. Толмен удосконалили цей дослід, замінивши телефон чутливим гальванометром. Дослід показав, що носії струму заряджені негативно. Відношення виявилось близьким до питомого заряду електрона.

Отже, було експериментально доведено, що носіями струму в металах насправді є електрони.

Класичну електронну теорію про­відності металів створив П. Друде, а розвинув у своїх працях Г. Лоренц.

Класична електронна теорія провідності металів, яка створена П. Друде і Г. Лоренцом, ґрунтується на таких фундаментальних положеннях:

• усі метали мають кристалічну будову. У вузлах кристалічної ґратки розміщаються іони металу;

• простір між вузлами кристалічної ґрат­ки заповнений електронним газом, який утворюється валентними електронами, що порівняно слабко зв’язані з атомними ядрами і відриваються від атомів при утворенні кристалічної ґратки, вільні електрони рухаються хаотично між іонами металу;

• в середньому кожен атом металу втра­чає один електрон і концентрація електронів провідності в металах дорівнює кіль­кості атомів в одиниці об’єму металу. Кон­центрацію носіїв заряду в металах можна обчислити за формулою

,

де - густина металу,- його молярна маса. Для міді

, , і;

• до електронного газу в металах застосовані всі закони молекулярно-кінетичної теорії газів, тобто електронний газ розглядається як ідеальний газ.

Під час руху електрони стикаються з іонами кристалічної ґратки металу. Се­редня довжина вільного пробігу електронів за порядком величини дорівнює періоду кристалічної ґратки, тобтом.

За теорією Друде-Лоренца електрони мають таку ж енергію теплового руху, як і молекули одноатомного газу. Середня швидкість теплового руху електронів

(при Т=300 К,).

Тепловий рух електронів, який є хаотичним, не може привести до виникнення струму.

При дії зовнішнього електричного поля в металевому провіднику, крім теплового руху електронів, виникає й впорядкований рух, тобто електричний струм. Середню швидкість впорядкованого руху електронів можна оцінити на основі формули.

Для міді допустима густина струму

, .

Тоді

.

Отже, . Незначна величинапояснюється досить частими зіткненнями електронів з іонами кристалічної ґратки.

Здавалось би, отриманий результат протирічить тому відомому факту, що швидкість поширення електричного струму величезна і дорівнює швидкості світла с. Швидкістьсє швидкістю поширення електромагнітного поля вздовж провідника.

Рух електронів під дією зовнішнього електричного поля виникає на всій довжині дроту практично одночасно з подачею сигналу.

Найважливішим завданням класичної електронної теорії провідності металів є теоретичне виведення основних законів електричного струму, які були встановлені на досліді.