Електричний струм у металах

Тема уроку. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У МЕТАЛАХОдеський навчально – виховний комплекс № 49 «Спеціалізована школа – загальноосвітня школа І – ІІІ ступенів» Одеської міської ради Одеської областіВчитель – Станева Ольга Михайлівна

Мета. Розширити та поглибити знання учнів про електричний струм у металах, природу носіїв заряду в металах, показати практичну значущість набутих знань в побуті та техніці; Розвивати фізичну компетентність учнів, обізнаність. формувати пізнавальну компетентність учнів, інтерес до вивчення фізики; Виховувати культуру наукового мислення та мовлення.

ПЕРІОДИЧНА ТАБЛИЦЯ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ Д.І. МЕНДЕЛЕЄВАНЕМЕТАЛИМЕТАЛИМетал - кристал, у вузлах якого розташовані позитивні йони, а між ними хаотично рухаються вільні електрони.

ВИКОРИСТАННЯ МЕТАЛІВ

Fe

За відсутності електричного поля вільні електрони всередині металевого провідника рухаються хаотично у вигляді електронного газу. Негативний заряд усіх вільних електронів за абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх йонів кристалічних ґраток. Тому за звичайних умов металевий провідник електрично нейтральний. За наявності у провіднику електричного поля електрони, зберігаючи свій хаотичний рух, починають зміщуватися в напрямку позитивного полюса джерела. Разом з безладним рухом електронів виникає і їх упорядкований рух. Електричний струм у металах – це напрямлений рух вільних електронів

Німецький фізик Карл Віктор Едуард Рікке в 1901 р. здійснив цікавий дослід. Результати досліду свідчили, що в перенесенні заряду в металах іони не беруть участь. Для з’ясування природи носіїв струму в металах Л.І. Мандельштам та Н. Д. Папалексі провели в 1913 р. оригінальний дослід. Ідея досліду зводилась до того, щоб виявити електричний струм при несподіваній зупинці провідника, що швидко рухається. Цей дослід підтвердив існування інерційного руху носіїв заряду в провіднику. У 1916 р. дослід, аналогічний досліду Мандельштама-Папалексі, провели американські фізики Т. Стюарт та Річард Чейз Толмен. У цих дослідах було визначено відношення заряду до маси носіїв заряду. Знаючи заряд електрона, можна було визначити масу частинок. Вона виявилася порядку 10-30кг, що в декілька тисяч разів менше маси іона. Таким чином, результати досліду свідчили про те, що носіями струму могли бути лише електрони.

Німецький фізик Пауль Друде в 1900 р., спираючись на уявлення про електричний струм у металах як впорядкований рух вільних електронів між йонами кристалічної градки під дією зовнішнього електричного поля, створив теорію електропровідності металів. В основу цієї теорії покладено такі припущення:1) вільні електрони в металах поводять себе як молекули ідеального газу; «електронний газ» підкоряється законам ідеального газу;2) рух вільних електронів у металі підкоряється законам класичної механіки Ньютона;3) вільні електрони в процесі їх хаотичного руху зіштовхуються не між собою (як молекули ідеального газу), а з іонами кристалічної градки;4) при зіткненнях електронів з іонами електрони передають іонам свою кінетичну енергію повністю.

ῡ - середня швидкість руху електронів. Сила струму в металевому провіднику зі струмом(е)Середня швидкість електронів

Залежність опору металів від температури. Дослід демонструє: у міру нагрівання спіралі сила струму в ній зменшується, а це означає, що опір спіралі зростає. Опір металевого провідника збільшується в разі підвищення температури та зменшується в разі її зниження. [α] = 1/КДля металів α > 0

Надпровідність – властивість багатьох провідників, що полягає в тому, що їх електричний опір стрибком падає до нуля при охолоджуванні нижче певної критичної температури. У 1911 р. нідерландський учений Гейге Камерлінг-Оннес, досліджуючи, як поводиться ртуть за температур, близьких до абсолютного нуля (-273°С), помітив дивне явище: в разі зниження температури ртуті до 4,15 К (-269 °С) її питомий опір стрибком падає до нуля. Подібне відбувалося з оловом, свинцем та іншими металами. Це явище назвали надпровідністю.

Графіки зміни питомого опору деяких металів за температур, близьких до абсолютного нуля

Дякую за увагу