Физика. Электричество и магнетизм. Барсуков В.И - 83 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

По классической электронной теории Друде – Лоренца, она должна быть в 1,5 раза больше, так как
состоит из теплоёмкости решётки (
R
3
) и электронного газа (
R
5,1
), т.е.
RRRC
2
9
2
3
3 =+=
.
Необходимо сделать вывод, что энергия теплового движения свободных электронов в металлах
практически не изменяется при нагревании проводника, электроны не принимают участия в аккумуля-
ции сообщённой проводнику энергии – всё это берёт на себя решётка. Классическая электронная теория
не может объяснить этот результат.
3. Возникли трудности и при оценке средней длины свободного пробега электронов в металле. Что-
бы согласовать теоретические и экспериментальные значения электропроводности металлов (σ), прихо-
дится предположить, что свободные электроны пробегают без столкновения с ионами решётки сотни
межузельных расстояний. Такое предположение непонятно в рамках классической электронной теории.
Лоренц предпринял попытку усовершенствовать электронную теорию. Он применил к электронно-
му газу статистику Максвелла–Больцмана. Однако это «уточнение» привело в ряде случаев к результа-
там, которые ещё хуже согласуются с опытом, чем выводы классической электронной теории. Требова-
лась качественно новая теория металлов. Такой теорией явилась
квантовая электронная теория метал-
лов
, разработанная А. Зоммерфельдом (1928). Зоммерфельд применил к электронному газу в металле не
статистику Максвелла – Больцмана, а квантовую статистику Ферми – Дирака. Ему удалось получить
правильное значение молярной теплоёмкости электронного газа и объяснить малый вклад электронов
проводимости в теплоёмкость металлов.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что называется силой тока? плотностью тока? Каковы их единицы? (дать определения).
2. Назовите условия возникновения и существования электрического тока.
3. Что такое сторонние силы? Какова их природа?
4. В чём заключается физический смысл электродвижущей силы, действующей в цепи? напряже-
ния? разности потенциалов?
5. Какова связь между сопротивлением и проводимостью? удельным сопротивлением и удельной
проводимостью?
6. Выведите законы Ома и Джоуля – Ленца в дифференциальной форме.
7. В чём заключается физический смысл удельной тепловой мощности?
8. Проанализируйте закон Ома для неоднородного участка (обобщённый закон Ома) электрической
цепи. Какие частные законы можно из него получить?
9. Какими опытами была выяснена природа носителей электрического тока в металлах?
10. Каковы основные идеи теории Друде – Лоренца?
11. Как формулируются правила Кирхгофа? На чём они основаны? Как составляются уравнения,
выражающие правила Кирхгофа?
12. Сравните порядок средних скоростей теплового и упорядоченного движения электроном в ме-
таллах (при условиях, близких к нормальным).
13. Выведите на основе классической теории электропроводности металлов законы Ома и Джоуля –
Ленца в дифференциальной форме.
14. В чём заключаются трудности элементарной классической теории электропроводности металлов?
Каковы границы её применения?
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Пример 1.
Потенциометр сопротивлением
R
= 150 Ом подключен к батарее с ЭДС ε = 100 В и
внутренним сопротивлением
r
i
= 50 Ом. Определить:
1) показание вольтметра сопротивлением
R
v
= 100 Ом, соединённого с одной из клемм потенцио-
метра и подвижным контактом, установленным посередине потенциометра;
2) разность потенциалов между теми же точками потенциометра при отключении вольтметра.
Решение.
1. Показание вольтметра, подключенного к точкам
A
и
B
(см. рис. 2.9), определим по формуле

Страницы