
- •1 Електростатика
- •1.1 Електричний заряд. Закон збереження заряду. Електричне поле. Електростатичне поле
- •1.2 Закон Кулона
- •1.3 Напруженість. Силові лінії та їх властивості
- •1.4 Теорема Гауса
- •- Це теорема Гауса
- •1.6.2 Еквіпотенціальні лінії та поверхні. Зв’язок між потенціалом і напруженістю поля
- •1.6.3 Диполь. Поле диполя
- •1.7 Поле в діелектриках та провідниках
- •1.7.1 Електричне поле в діелектрику. Поляризація діелектриків. Вектор поляризації. Діелектрична проникність та сприйнятливість
- •1.7.2 Електричне поле в провідниках. Електростатичні екрани
- •1.7.3 Ємність провідника. Конденсатори. Паралельне та послідовне сполучення конденсаторів
- •1.7.4 Енергія конденсатора. Густина енергії електростатичного поля. Відмінність електростатичного поля від інших електричних полів
- •2 Постійній електричний струм
- •2.1 Електричний струм
- •2.1.1 Сила струму. Густина струму. Їх одиниці вимірювання
- •2.1.2 Сторонні сили. Електрорушійна сила та її одиниці
- •2.2 Закон Ома в диференціальній та інтегральній формах
- •2.3 Закон Джоуля-Ленца в інтегральній та диференціальній формах
- •2.4 Електронна теорія провідності (класична)
- •2.5 Явище надпровідності
- •2.6 Закон Відемана-Франца
- •2.7 Закон Джоуля-Ленца (згідно електронної теорії провідності)
- •2.8 Робота виходу. Явище термоелектронної емісії. Формула Річардсона-Дешмана
- •2.8.1 Термоелектронна емісія
- •2.8.2 Струм в вакуумі. Діоди та тріоди
- •2.9 Провідність газів
- •2.9.1 Електричний розряд в газах
- •2.9.2 Види розрядів в газах
- •2.10 Плазма та її застосування
- •2.11 Катодні та анодні промені та їх властивості
- •2.12 Контактна різниця потенціалів. Закони Вольти
- •2.13 Термоелектричні явища
- •2.13.1 Термое.Р.С. (ефект Зеєбека)
- •2.13.2 Ефект Пельтьє
- •2.13.3 Застосування термоелектричних явищ
- •3 Електромагнетизм
- •3.1 Магнітне поле. Магнітна індукція. Напруженість магнітного поля як характеристики магнітних полів
- •3.2 Закон Ампера. Сила Ампера. Сила Лоренца
- •3.3 Ефект Холла
- •3.7 Закон повного струму (випадок стаціонарного струму)
- •3.8 Магнітне поле нескінченно довгої котушки (соленоїда)
- •3.9 Робота по переміщенню провідника із струмом в магнітному полі
- •3.10 Явище електромагнітної індукції
- •3.10.1 Правило Ленца
- •3.10.2 Пояснення явища електромагнітної індукції для провідника із струмом, що рухається в магнітному полі
- •3.10.3 Пояснення явища електромагнітної індукції в рухомому провіднику
- •3.11 Самоіндукція. Явище самоіндукції. Індуктивність, одиниці її вимірювання
- •3.12 Взаємоіндукція. Використання явища електромагнітної індукції. Струми Фуко
- •3.13 Енергія магнітного поля
- •3.14 Магнітні властивості речовини
- •3.14.1 Магнетики. Магнітна проникність, магнітна сприйнятливість, намагніченість магнетиків
- •3.14.2 Гіромагнітне відношення. Природа діа-, пара-, феромагнетизму
- •3.15 Електричні коливання. Змінний електричний струм
- •3.15.1 Коливальний контур. Формула Томсона для ідеального коливального контура
- •3.16 Змінний струм. Умова квазістаціонарності. Основні характеристики змінного струму
- •3.17 Закон Ома для змінного струму
- •3.18 Екстраструми (струми замикання і розмикання кола)
- •3.19 Струми зміщення
- •3.20 Досліди Ейхенвальда (струм поляризації)
- •4 Електромагнітні хвилі
- •4.1 Рівняння Максвелла
- •4.2 Рівняння електромагнітних хвиль
- •4.3 Властивості електромагнітних хвиль
- •4.4 Густина енергії електромагнітної хвилі. Густина потоку енергії електромагнітної хвилі. Вектор Пойнтінга
- •4.5 Досліди Герца. Шкала електромагнітних хвиль
- •Програмні питання
2.4 Електронна теорія провідності (класична)
Досліди свідчать про те, що струм переноситься зарядженими частинками, однаковими для різних металів – електронами. Про це вказує відсутність електролізу на контакті двох металів при пропусканні струму на протязі великого часу, а також досліди Стюарта і Толмена.
Електрони утворюють в металах електронний газ, що нагадує по своїх властивостях ідеальний газ.
Середня теплова швидкість електронів визначається по формулі:
.
Поки не прикладене зовнішнє електричне поле, частинки електронного газу рухаються хаотично з швидкістю
. Під дією зовнішнього електричного поля на хаотичний рух накладається впорядкований рух з швидкістю др<< , тому рез .
Густина струму визначається впорядкованою дрейфовою швидкістю. Можна показати, що др приблизно на 4 порядки менша .
Для металів:
.
Застосуємо 2-й закон Ньютона для визначення др
,
тоді кулонівська сила, що діє на електрон
.
Звідси
,
або, враховуючи, що E=const
Значить,
середня швидкість
,
- час вільного пробігу. Після підстановки:
і
,
де - довжина вільного пробігу електрона, тобто відстань, що проходить електрон між двома послідовними зіткненнями з іонами гратки.
Значить, прийнявши
,
отримуємо:
-
закон Ома в диференційній формі.
Недоліки класичної теорії електропровідності.
Не пояснювала явища надпровідності.
Не пояснювала кількісно температурну залежність електропровідності.
Не пояснювала величину довжини вільного пробігу електронів як функцію розмірів кристалічної гратки.
Не пояснювала відсутність різниці між теплоємністю металів і діелектриків.
2.5 Явище надпровідності
і
тому, поскільки
.
Але експеримент свідчить, що:
,
- температурний коефіцієнт опору.
Явище
спадання опору деяких провідників
до нуля при критичній температурі
називається явищем надпровідності. Це
явище є характерним для певних металів,
сплавів, кераміки. Критична температура,
при якій 0
залежить від матеріалу провідника.
Тк>100
К – мають кераміки: YBaxCuO,
LaxBayCuO.
До надпровідників відносяться Pb,
PbSn;
Nb3Ge,
Nb3Si
та інші сплави.
Tк=20-23 К
2.6 Закон Відемана-Франца
Встановлює зв’язок між теплопровідністю і електропровідністю. Поскільки:
1)
- за класичною теорією звичайного газу,
2)
- за теорією Друде-Лоренца
-
довжина вільного пробігу. То:
3)
2.7 Закон Джоуля-Ленца (згідно електронної теорії провідності)
Раніше було показано, що
1)
,
2)
,
3)
.
Розглянемо закон Джоуля-Ленца на основі електронної теорії.
1. Енергія, яку віддає один електрон при зіткненні з кристалічною граткою
.
2. Кількість зіткнень за одиницю часу n електронів, що знаходяться в одиниці об’єму
.
Тому n електронів віддадуть за одиницю часу енергію
.
Поскільки:
,
то після відповідних підстановок отримаємо:
.
Іншими словами, потужність, що виділяється в одиниці об’єму провідника при проходженні струму