Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Классическая электронная теория электропроводности металлов и ее опытные обоснования. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах Затруднения КЭТП металлов.






 

Для выяснения природы носителей тока в металлах к началу XX века был проведен ряд опытов. Один из наиболее простых опытов был проведен немецким ученым Рикке К. (1901г.). В этом опыте через последовательно соединенные разнородные металлические (Cu-Al-Cu) проводники пропускался электрический ток в течение года. Количество электрического заряда, прошедшего через проводники за это время, составило Q=3, 5∙ 106 Кл. Исследование торцов проводников по окончанию опыта показало, что электрический ток не сопровождается переносом атомов. На основании такого простого опыта был сделан важный вывод о том, что перенос электрического заряда в металлах не связан с переносом вещества и носители электрического тока во всех металлах одинаковы.

В опытах российских ученых Мандельштама Л.И. и Папалекси Н.Д. и американских ученых Толмена Р. и Стюарта Б. был измерен удельный заряд носителей тока. Оказалось, что полученное значение удельного заряда очень близко к значению удельного заряда электрона, которое было измерено ранее. Таким образом, было экспериментально доказано, что носителями электрического тока проводимости в металлах являются свободные электроны.

Немецким ученым Друде П., на основе представлений о свободных электронах, в начале XX века была создана классическая электронная теория электропроводности металлов.

В классической электронной теории электропроводности (КЭТ) металлов электроны проводимости (свободные электроны) рассматриваются как электронный газ, подчиняющийся законам идеального одноатомного газа.

Электроны проводимости, также как атомы газа, описываются законом Максвелла для их распределения по скоростям и энергиям теплового движения. При своем движении электроны сталкиваются с ионами (узлами кристаллической решетки). Поэтому им приписывается средняя длина свободного пробега.

Но значение средней скорости теплового движения электронов на восемь! порядков превышает значение средней скорости их упорядоченного движения.

Затруднения классической теории электропроводности металлов.

Классическая теория электропроводности (КЭТ), развитая Друде П., была весьма упрощенной. Например, предполагалось, что все электроны проводимости движутся с одинаковой скоростью. Поэтому ученый Лоренц Г., решив усовершенствовать КЭТ, применил к «электронному газу» закон Максвелла для распределения частиц по скоростям и получил парадоксальный результат. Оказалось, что уточненная КЭТ хуже согласуется с опытом, чем грубая теория Друдэ. Таким образом, классическая теория электропроводности Друдэ-Лоренца столкнулась с весьма существенными затруднениями. Из них основными являются два:

 

1. Классическая теория электропроводности не смогла объяснить зависимость электрического сопротивления металлов от температуры.

2. Классическая теория электропроводности не смогла объяснить теплоемкость металлов.

Опыт же показывает, что значение теплоемкости металлов в соответствии с законом Дюлонга и Пти близко к 25 Дж/(моль∙ К). Таким образом, обнаружилось неожиданное и непонятое с точки зрения КЭТ отсутствие теплоемкости у электронного газа.

Указанные затруднения КЭТ связаны с тем, что в ней не учитывается такое специфическое свойство электрона, как спин. (Спин – это собственный момент импульса микрочастицы). Спин электрона был открыт позже и был учтен в квантовой теории, которая устраняет все недостатки КЭТ и которая будет рассмотрена позже.

Закон Ома в дифференциальной форме

Закон Ома в интегральной форме

52.Электрическое сопротивление проводников. Изменение сопротивления проводников от температуры и давления.

физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему

Зависимость от температуры:

- постоянная Больцмана; - температура проводника; - коэффициент диффузии носителей заряда; - количество электрических зарядов носителя; - элементарный электрический заряд; - концентрация носителей заряда.

Зависимость от давления:

--

53.Сверхпроводимость.

свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура)

Сверхпроводимость — квантовое явление. Оно характеризуется также эффектом Мейснера, заключающемся в полном вытеснении магнитного поля из объема сверхпроводника. Существование этого эффекта показывает, что сверхпроводимость не может быть описана просто как идеальная проводимость в классическом понимании.

Классификация:

1)По их отклику на магнитное поле: они могут быть I рода, что значит, что они имеют единственное значение магнитного поля, Hc, выше которого они теряют сверхпроводимость. Или II рода, подразумевающего наличие двух критических значений магнитного поля, Hc1 и Hc2,. При приложении магнитного поля в этом диапазоне происходит частичное его проникновение в сверхпроводник с сохранением сверхпроводящих свойств.

2) По теории, объясняющей их (БКШ или нет).

3)По их критической температуре: низкотемпературные, если Tc < 77 K (ниже температуры кипения азота), и высокотемпературные.

4)По материалу: чистый химический элемент (такие как свинец или ртуть, однако не все элементы в чистом виде достигают сверхпроводящего состояния), сплавы (например, NbTi), керамика (например, YBCO, MgB2), органические сверхпроводники etc.

54.Соединения сопротивлений: последовательное, параллельное, смешанное. Шунтирование электроизмерительных приборов. Добавочные сопротивления к электроизмерительным приборам.

Последовательное соединение:

Резисторы:

Конденсаторы:

Параллельное соединение:

Резисторы:

Конденсаторы:

Шунтирование:
процесс параллельного подсоединения электрического элемента к другому элементу, обычно с целью уменьшения итогового сопротивления цепи

Шунт — устройство, которое позволяет электрическому току протекать в обход какого-либо участка схемы, обычно представляет собой низкоомный резистор, катушку или проводник.

55.Правила (законы) Кирхгофа и их применение к расчету простейших электрических цепей.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.