Электрический ток в металлах. Сопротивление металлического проводника. Удельное сопротивление.

Металлы состоят из положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки и совокупности свободных электронов. Вне электрического поля свободные электроны движутся хаотически, подобно молекулам идеального газа, а потому рассматриваются в классической электронной теории как электронный газ.

Под действием внешнего электрического поля меняется характер движения свободных электронов внутри металла. Электроны, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля.

Следовательно, электрический ток в металлах - это упорядоченное движение электронов.

Сила тока в металлическом проводнике определяется по формуле:

где I - сила тока в проводнике, e - модуль заряда электрона, n₀ - концентрация электронов проводимости, - средняя скорость упорядоченного движения электронов, S - площадь поперечного сечения проводника.

Плотность тока проводимости численно равна заряду, проходящему за 1с через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению тока.

где j - плотность тока.

У большинства металлов практически каждый атом ионизирован. А так как концентрация электронов проводимости одновалентного металла равна

где N_a - постоянная Авогадро, A - атомная масса металла, ρ - плотность металла,

то получаем что концентрация определяется в пределах 10²⁸ - 10²⁹ м^-3.

Закон Ома для однородного участка цепи:

где U - напряжение на участке, R - сопротивление участка.

Для однородного участка цепи:

где ρ _У - удельное сопротивление проводника, l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения проводника.

Удельное сопротивление проводника зависит от температуры и эта зависимость выражается соотношением:

ρ _у = ρ _оу (1 + α ∆ Т)

где ρ _оу - удельное сопротивление металлического проводника при температуре Т =273К, α - термический коэффициент сопротивления, ∆ Т = Т - Т_о - изменение температуры.