Физика проводников и диэлектриков. Плотников В.П. - 14 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Величина, обратная электропроводности, носит название удельного электрического сопротивления
σ
=ρ
1
. Причиной возникновения электрического сопротивления является рассеяние электронов прово-
димости на различных нарушениях кристаллической решетки (фононах – квазичастицах тепловых ко-
лебаний решетки, точечных дефектах, дислокациях и т.д.).
Наиболее характерным свойством металлов является выполнение закона Ома в несверхпроводящем
состоянии, т.е. линейная зависимость между плотностью тока j и напряженностью электрического поля
Е:
Ej
r
r
σ=
.
Существует нелинейная температурная зависимость проводимости металлов. Удельное сопротив-
ление уменьшается с понижением температуры, и с приближением к абсолютному нулю многие метал-
лы переходят в сверхпроводящее состояние, т.е. теряют электрическое сопротивление.
Металлы наряду с высокой электропроводностью обладают и хорошей электронной теплопровод-
ностью. Связь между этими величинами устанавливается законом Видемана-Франца.
В металлах под воздействием электрического, магнитного или температурного градиентов наблю-
даются различные термоэлектрические и гальвано-магнитные явления.
3.3 МОДЕЛЬ ДРУДЕ
Друде в 1900 году построил первую классическую теорию проводимости металлов, основанную на
представлении о газе свободных электронов.
3.3.1 Основные положения теории
1 Электропроводность металлов обусловлена большим количеством носителей зарядов – электро-
нов. Их совокупность рассматривают как электронный газ, подчиняющийся законам идеального газа.
Вследствие сильного взаимодействия между атомами металла при соединении последних в кри-
сталлическое твердое тело, самые внешние их электроны перестают быть связанными с отдельными
атомами и легко переходят от одного атома к соседнему и далее через всю кристаллическую решетку. В
узлах кристаллической решетки располагаются положительные ионы металла, а между ними хаотиче-
ски движутся свободные электроны.
2 Вводится характеристика λ – средняя длина свободного пробега электронов, которая по порядку
величины равна периоду кристаллической решетки металла 10
–10
м.
3 Пользуясь закономерностями кинетической теории газов, можно определить среднюю кинетиче-
скую энергию теплового движения электронов
kTmv
2
3
2
1
2
кв
= , (3.1)
где −m масса электрона;
кв
v – средняя квадратичная скорость, определяемая классическим распределе-
нием Максвелла электронов по скоростям.
При 273=T К
5
кв
10≈v м/с, таков же порядок средней арифметической скорости.
Тепловое движения электронов хаотично, как и молекул газа, поэтому оно не может привести к
возникновению электрического тока.
4 Упорядоченное движение электронов, т.е. электрический ток, создается лишь под действием
внешнего электрического поля. При этом скорость направленного движения (дрейфа) электронов
4
108
−
⋅≈v м/с очень мала по сравнению со скоростями теплового движения при обычных температурах,
что объясняется частыми столкновениями электронов с ионами кристаллической решетки.
5 Практически одновременное начало движения электронов по проводнику объясняется мгновен-
ным (со скоростью света
8
103⋅=c м/c) распространением вдоль проводника электромагнитного поля.
3.3.2 Объяснение с позиций классической теории
проводимости основных законов постоянного тока

Страницы