Физика. Электричество и магнетизм. Барсуков В.И - 80 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Из полученных результатов следовало, что носителями тока являются частицы свободные, не свя-
занные с атомами вещества, одинаковые для всех веществ.
Друде П. (Германия) и Лоренц Г. (Нидерланды) предположили, что носителями заряда являются
электроны. Это предположение было проверено качественными опытами (с помощью вращающейся
катушки, замкнутой на телефон) Л.И. Мандельштама и Н.Д. Папалекси (Россия, 1913 г.) и количествен-
ными опытами Р. Толмэна и Т. Стюарта (США, 1916 г.). Было показано, что носители тока в металле
заряжены отрицательно. Удельный заряд этих частиц оказался приблизительно одинаковым для всех
исследованных металлов и близким к удельному заряду электрона, равному – 1,76⋅10
11
Кл/кг. Таким об-
разом, экспериментально доказано, что носителями тока в металлах являются электроны.
Все металлы в твёрдом состоянии являются кристаллами. Атомы образуют кристаллическую ре-
шётку. В решётке связь внешних (валентных) электронов с ядрами атомов ослабляется. Они легко от-
рываются и становятся свободными. Тогда металлы представляют собой решётку из положительных
ионов, заполненную своеобразным «газом» свободных электронов, концентрацию которых можно оп-
ределить по формуле
,
A
N
A
D
n
=
где
D
≈ (1…20)⋅10
3
кг/м
3
– плотность металлов;
A
≈ (10…250) кг/кат – масса килоатома;
26
106 ⋅=
A
N
кат
–1
– число Авогадро; тогда концентрация равна
)1010(
2928
−≈
n
1/м
3
.
2.7. КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ
МЕТАЛЛОВ ДРУДЕ – ЛОРЕНЦА
В основе этой теории лежит модель идеального электронного газа, к которому применимы выводы
классической теории газов. При этом электроны не взаимодействуют ни друг с другом на расстоянии,
ни с ионами решётки. В отсутствие электрического поля их движение хаотичное, столкновения случай-
ные и то только с узлами решетки. Сталкиваясь с узлами решётки, электроны обмениваются с ней энер-
гией – устанавливается тепловое равновесие. Можно оценить порядок скорости хаотического движения
электронов
m
kT
kT
m
3
2
3
2
2
=υ→=
υ
, (2.7.1)
где
23
1038,1
−
⋅=
k
Дж/град – постоянная Больцмана;
300
≈
T
К,
31
101,9
−
⋅=
m
кг – масса электрона.
Получаем
5
10≈υ
м/с.
При наличии электрического поля в проводнике на хаотичное движение электронов накладывается
упорядоченное, в направлении, противоположном полю.
Найдём связь между плотностью тока
j
r
и скоростью упорядоченного движения электронов
U
r
(рис.
2.8).
Пусть через выделенную в проводнике площадку
dS
за время
dt
проходят те электроны, которые
находятся на расстоянии
dtU
r
от неё.
Если концентрация электронов в выделенной трубке –
n
, то их полное число равно
ndSUdtN
=
, а пе-
реносимый заряд
nedSUdtNedq
=
=
. Тогда плотность тока
Рис. 2.8
dtU
r
dS

Страницы