Шпоры по физике 3 семестр 2 поток / 45

45. опыты, подтверждающие наличие свободных электронов в металлах

Опыт Рикке. В 1901 г. Рикке взял три цилиндра два медных и один алюминиевый с тщательно отшлифованными торцами. После взвешивания цилиндры были сложены вместе в последовательности медь - алюминий - медь. Через такой составной проводник непрерывно в течение года пропускался ток одного и того же направления. За все время через цилиндры прошел заряд, равный . Взвешивание показало, что пропускание тока не оказало на массу цилиндров никакого влияния. При исследовании соприкасавшихся торцов под микроскопом не было обнаружено проникновение одного металла в другой. Результаты опыта свидетельствовали о том, что перенос заряда в металлах осуществляется не атомами, а какими-то частицами, входящими в состав всех металлов. Чтобы отождествить носители тока в металлах с электронами, нужно было определить знак и числовое значение удельного заряда носителей. Если в металлах имеются способные перемещаться заряженные частицы, то при торможении металлического проводника эти частицы должны некоторое время продолжать двигаться по инерции, в результате чего в проводнике возникает импульс тока и будет перенесен некоторый заряд. Пусть проводник движется вначале со скоростью v. Начнем тормозить его с ускорением w. Продолжая двигаться по инерции, носители тока приобретают относительно проводника ускорение. Такое же ускорение можно сообщить носителям в неподвижном проводнике, если создать в нем электрическое поле напряженностью , т. е. приложить к концам проводника разность потенциалов , где m и - масса и заряд носителя; l - длина проводника. В этом случае по проводнику потечет ток силы , где R - сопротивление проводника (I считается положительным, если ток течет в направлении движения проводника). Следовательно, за время dt через каждое сечение проводника пройдет заряд . Заряд, прошедший за все время торможения, равен (заряд положителен, если он переносится в направлении движения проводника). Таким образом, измерив l, v и R, а также заряд q, проходящий по цепи при торможении проводника, можно найти удельный заряд носителей. Направление импульса тока даст знак носителей. Количественный результат был получен Толменом и Стюартом в 1916 г. Катушка из провода длиной 500 м приводилась во вращение, при котором линейная скорость витков составляла 300 м/с. Затем катушка резко тормозилась, и с помощью баллистического гальванометра измерялся заряд, протекавший в цепи за время торможения. Вычисленное значение удельного заряда носителей получалось очень близким к e/m для электронов. Таким образом, было экспериментально доказано, что носителями тока в металлах являются электроны.