Физика. Белякова В.И - 17 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

32 33
Объемной плотностью тепловой мощности тока называется ве-
личина w, численно равная энергии, которая выделяется в единице объе-
ма проводника за единицу времени.
Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме: объемная
плотность тепловой мощности тока равна скалярному произведению
векторов плотности тока и напряженности электрического поля:
.
ρ
1
γ
22
EEEjw ===
r
r
(2.10)
Закон Видемана – Франца: для всех металлов отношение коэффи-
циента теплопроводности К к удельной электрической проводимости g
прямо пропорционально термодинамической температуре Т:
,
k
3
2
T
e
K
÷
ø
ö
ç
è
æ
=
g
(2.11)
где k – постоянная Больцмана; е – элементарный заряд.
Недостатки классической электронной теории электропроводно-
сти металлов:
а) невозможность объяснить экспериментально наблюдаемую
в широком интервале температур линейную зависимость между удель-
ным сопротивлением r и термодинамической температурой r ~ Т;
б) неправильное значение молярной теплоемкости металлов. Она
должна быть равна согласно этой теории 9R/2 (R – универсальная газо-
вая постоянная) и складываться из теплоемкости ионной кристалличес-
кой решетки (3R) и теплоемкости одноатомного электронного газа (3R/2).
Однако из опытного закона Дюлонга и Пти известно, что молярная теп-
лоемкость металлов мало отличается от теплоемкости кристаллических
диэлектриков и приблизительно равна 3R. Объяснить это расхождение
теории с экспериментом классическая физика не может;
в) экспериментальные значения удельного сопротивления r и тео-
ретические значения средней арифметической скорости электронов при-
водят по формуле (2.9) к величине средней длины свободного пробега
электрона álñ, на два порядка превышающей период кристаллической
решетки металла. Это противоречит предположениям классической элек-
тронной теории электропроводности металлов.
2.3. Сторонние силы. Законы Ома и Джоуля – Ленца
Силы кулоновского взаимодействия зарядов вызывают такое
перераспределение носителей тока в проводнике, при котором
потенциалы во всех его точках выравниваются, и напряженность
электрического поля в проводнике становится равной нулю.
Следовательно, одно только электростатическое поле не может быть
причиной существования постоянного тока проводимости, т. е.
стационарного процесса упорядоченного движения носителей тока
в электрической цепи. Для поддержания в цепи постоянного тока
проводимости нужно, чтобы на носители тока действовали не только
кулоновские силы, но также еще и иные, неэлектростатические, силы,
называемые сторонними силами.
Сторонние силы действуют на носители тока внутри источников
электрической энергии (электрических генераторов аккумуляторов и т. д.).
Под действием сторонних сил носители тока движутся внутри источника
электрической энергии против сил электростатического поля, так что на
концах внешней части цепи поддерживается постоянная разность
потенциалов. Сторонние силы, перемещая носители тока, совершают
работу. Например, в генераторе работа сторонних сил совершается за
счет механической энергии, затрачиваемой на вращение ротора.
В произвольной точке участка цепи, содержащего источник
электрической энергии, существуют электростатическое поле
кулоновских сил с напряженностью
кул
E
r
и поле сторонних сил с
напряженностью
qFE /
сторстор
r
r
=
, где q – заряд носителя тока, на который
действует сторонняя сила
стор
F
r
. Напряженность результирующего поля
сторкул
EEE
r
r
r
+=
. По закону Ома (2.7) плотность токаа
(
)
.
1
сторкул
EEj
r
r
r
+
r
=
(2.12)
1 2
j
1
j
2
R
e
12
Рис. 2.1

Страницы