Презентация на тему "Электропроводимость металлов."

Содержание

• 
  Слайд 1

  Электропроводимость металлов.

• 
  Слайд 2

  Классическое представление об электропроводимости металлов.

  Кристаллическая решетка металлов состоит из остовов положительно заряженных ионов, расположенных в узлах решетки, и «свободных» электронов, беспорядочно движущихся в промежутках между ионами, образуя особого рода электронный газ. В отсутствие внешнего электрического поля электроны движутся хаотически.

• 
  Слайд 3
  

  Появление поля вызывает направленное движение электронов вдоль силовых линий поля. Появляется электрический ток. Сталкиваясь при своем движении с дефектами решетки или рассеиваясь на ионах электроны передают избыток энергии, приобретенный под действием поля. Рассеяние электронов на примесях, дефектах, ионах является причиной возникновения сопротивления и теплового действия электрического тока.

• 
  Слайд 4
  

  Ионы в металлах не участвуют в переносе электричества. Рикке (18451915) в течение года пропускал ток через три поставленных друг на друга цилиндра: медный, алюминиевый и снова медный . За год через цилиндры прошло 3,5106 Кл электричества, но проникновенияметаллов друг в друга и изменения их массы с точностью до 0,03 мг не было обнаружено.

• 
  Слайд 5
  

  Прямое указание на природу «свободных» носителей заряда в металлах дали опыты Мандельштама и Папалекси в 1913 г. Катушка, содержащая большое число витков проволоки, раскручивалась и быстро тормозилась, а электроны после торможения продолжали двигаться, что приводило к появлению тока в замкнутой цепи. По отклонению баллистического гальванометра измерялся полный заряд, прошедший через гальванометр.

• 
  Слайд 6
  

  Количественный результат был получен Толменоми Стюартом в 1916 г. Величина силы инерции при торможении равна ma, она уравновешивается полем кулоновских сил еЕ при инерционном смещении электронов. Здесь m, e  масса и заряд частиц, ответственных за прохождение тока в проводнике; l длина проводника; vн , vк начальная и конечная линейная скорости обода вращающейся катушки (vк = 0); t время торможения

• 
  Слайд 7
  

  Согласно закону Ома, имеем 12 = IR =, где q заряд, прошедший по цепи и измеренный баллистическим гальванометром. В результате из равенства была определена величина удельного заряда частицы, ответственной за прохождение тока в металлах, выраженная через экспериментально определяемые параметры:

• 
  Слайд 8
  

  Удельный заряд (e/m) в пределах ошибок измерений оказался равным удельному заряду электрона 1,761011 Кл/кг. Таким образом, свободными носителями заряда, ответственными за появление тока в металлах, являются электроны. С точки зрения классического подхода считается, что электроны представляют в металлах идеальный газ. В газе «свободных» электронов силы отталкивания между электронами компенсируются силами притяжения электронов к регулярно расположенным остовам кристаллической решетки

• 
  Слайд 9
  

  Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца в классической теории электронной проводимости металлов

  Исходя из того ,что электроны представляют в металлах идеальный газ, попытаемся получить закон Ома и выражение для электропроводности металла. Воспользуемся определением величины плотности тока j = enu. Согласно классической теории проводимости электроны представляют точки, движущиеся под действием внешнего поля Е.

• 
  Слайд 10
  

  В отсутствие поля средняя скорость направленного движения электронов u равна нулю, а средняя скорость хаотического движения v определяется согласно молекулярно-кинетической теории следующим выражением:

• 
  Слайд 11
  

  Под действием поля Е электроны приобретают добавочную скорость u (рис. 13.2). Величина этой скорости много меньше средней скорости хаотического движения практически для всех реально достижимых токов

• 
  Слайд 12
  

  Здесь концентрация электронов подсчитана для меди, n = NA/A 8,51028 м3. Поэтому столкновения электронов с дефектами, примесями и ионами решетки связаны главным образом с тепловым движением электронов и происходят в среднем через промежуток времени где l длина свободного пробега электрона

• 
  Слайд 13
  

  За время  электрон может приобрести среднюю скорость направленного движения: u = a = где a = F/m = eE/m  ускорение, сообщаемое электрону силой F = eE. Среднее значение скорости u

• 
  Слайд 14
  

  Подставив величину uср в выражение для плотности тока получим Плотность тока пропорциональна напряженности поля, что соответствует закону Ома j = E, -величина электропроводности, равная

• 
  Слайд 15
  

  Из всех металлов наибольшую удельную электропроводность имеет серебро. Электропроводность меди только на 10% меньше электропроводности серебра, притом медь во много раз дешевле, поэтому применяемые в электротехнике высококачественные проводники чаще всего изготовляются из меди, очищенной от всех примесей. Для изготовления проводов применяют также алюминий, удельное сопротивление которого в 1,5 раза превышает сопротивление меди

• 
  Слайд 16
  

  Сопротивление химически чистых металлов с повышением температуры возрастает, увеличиваясь с каждым градусом примерно на 0,4% от сопротивления при 0 С. Для многих химически чистых металлов даже при значительном нагревании сохраняется пропорциональность между увеличением сопротивления и приростом температуры. Это позволяет вычислить сопротивление при температуре t С по формуле R = R0(1 + t), где R0 – сопротивление при 0 С и  – температурный коэффициент сопротивления.

• 
  Слайд 17
  

  Зависимостью электропроводности от температуры пользуются для измерения температуры приборами, называемыми термометрами сопротивления. Разновидность термометров сопротивления – болометры используются для измерения теплового излучения. Чувствительность болометров чрезвычайно велика: они реагируют на поток энергии 108109 Вт.

• 
  Слайд 18
  

  Удельное сопротивление металлов зависит не только от температуры, но и от механических воздействий. При растяжении удельное сопротивление большинства металлов возрастает. Зависимостью сопротивления проволоки от степени ее растяжения пользуются для измерения деформаций и механических напряжений в приборах, называемых тензометрами сопротивления.

• 
  Слайд 19

  Вывод.

  Удельное сопротивление металлов зависит не только от температуры, но и от механических воздействий. При растяжении удельное сопротивление большинства металлов возрастает. Зависимостью сопротивления проволоки от степени ее растяжения пользуются для измерения деформаций и механических напряжений в приборах, называемых тензометрами сопротивления.