Природа носіїв заряду в металах. Досліди Рікке та Томлена і Стюарта.

В металах носіями заряду є вільні електрони (слабо зв‘язані з іонами кристалічної гратки). Іони не беруть участі у перенесенні заряду. Якби це було не так то протікання струму через метал супроводжувалося б електролізом пов‘язаним з переносом речовини. Рікке на протязі через три циліндри поставлені один на один ( міндний, алюмінієвий, мідний). Не зважаючи на значний заряд що пройшов через циліндри взаємного проникнення металів не спостерігалось.

Дослід Томена і Стюарта: Інший спосіб переконатися в природі носіїв заряду це викликати струм силами інерції. Розглянемо тонке проволочене кільце що нерівномірно обертається навколо своєї геометричної осі. При всякому прискоренні вільні електрони будуть відставати, а при сповільненні випереджати іони гратки, що викликає струм. Перейдемо в систему відліку кільця виникне сила інерції F_ін, представимо її як стороннє поле E_стор= F_ін/e , яка і викликає струм. Оскільки струм змінний закон ома запишемо у вигляді: , E – електричне поле, яке може з‘явитися через зміщення електронів відносно іонів, - інерційний час електрона.

Приведемо рівняння до інтегральної форми

R- опір кільця, перша частина інтегралу , це ЕРС зовнішніх сил, а другий інтеграл , тоді .

викликана тільки силами інерції що паралельні осі провода. Тому , де тангенційне прискорення точок кільця, l - довжина кільця.

Підставимо ерс і проінтегруємо по часу

Вважатимемо що v1=v, v2=0, І₁=I₂=0 (кільце оберталось з лінійною швидкістю v, а потім зупинили, струму в кільці не було) тоді заряд що протік через кільце . Маючи балістичний гальванометр, можна визначити який заряд пройшов у колі.

Цей дослід і провели Толмен і Стюарт, вони розкручували котушку , ізолювавши її від магнітного поля землі. Впевнившись що струм через котушку не тече, вони різко зупиняли її, при чому протікав заряд. Тоді з останньої формули вони отримували відношення m/e

Потенціальний характер електростатичного поля. Інтегральне та диференціальне формулювання потенціальності електростатичного поля.

Точковий зарядQ створює в вакуумі електричне поле . Помістимо в це поле інший точковий заряд q, який переміщується з точки 1 в точку 2 вздовж довільної кривої. При цьому електростатичне поле виконує деяку роботу по переміщенню заряду:

Враховуючи те, що вектори і паралельні, то їх добуток можна переписати в скалярному вигляді. Тоді

Тобто робота по переміщенню заряду не залежить від вибору початкової і кінцевої точок. Поле, що задовольняє цій умові, називається потенціальним. Електростатичне поле точкового заряду – потенціальне. Будь-яке електростатичне поле, незалежно від того, створюється воно в вакуумі чи в речовині, є потенціальним полем.

Припустимо заряд в електричному полі переміщається по шляху 123, а потім по шляху 143. Робота електричного поля однакова для обох випадків. Якщо заряд рухається по замкнутому контуру 12341, то на відрізку 123 робота буде додатною, наприклад, а далі змінить знак, так що . Звідси . Отже робота поля по переміщенню заряду по замкнутому контуру = 0. Якщо цей рухомий заряд одиничний, то обчислення роботи електростатичного поля зводиться до обчислення такого криволінійного інтегралу: (1) - а це циркуляція вектора Е по відповідному замкнутому контуру. Формула (1) є критерієм потенціальності поля в інтегральній формі. З неї також випливає твердження, що силові лінії електростатичного поля не можуть бути замкнутими. В диференціальній формі умову потенціальності поля можна переписати, розглядаючи довільний контур та натягнуту на нього поверхню S. - криволінійний інтеграл переписуємо у вигляді поверхневого. Тоді - це умова потенціальності поля в диференціальній формі. Електростатичне поле – безвихрове за властивостями ротора векторного поля.