Электропроводности металлов

Неизменный Электронный ТОК

Электронный ток. Сила и плотность тока

Электронным током именуется всякое упорядоченное движение электронных зарядов. Электронный ток, возникающий в проводящих средах в итоге упорядоченного движения свободных зарядов под действием электронного поля, сделанного в этих средах, именуется током проводимости. Примерами токов проводимости являются ток в металлах, связанный с упорядоченным движением «свободных Электропроводности металлов» электронов, ток в электролитах, представляющий из себя упорядоченное перемещение ионов обратных символов.

За направление тока принимают движение положительных электронных зарядов. Но в реальности в железных проводниках ток осуществляется упорядоченным движением электронов, которые движутся в направлении, обратном направлению тока.

Силой тока I именуется скалярная физическая величина, равная отношению заряда dq, переносимого Электропроводности металлов через рассматриваемую поверхность (в случае тока проводимости – через поперечное сечение проводника) за малый просвет времени, к величине dt этого промежутка

(2.1)

Электронный ток именуется неизменным, если сила тока и его направление не меняются со временем. Для неизменного тока

(2.2)

где q – электронный заряд, переносимый через рассматриваемую поверхность за конечный просвет времени Электропроводности металлов от 0 до t.

Вектор плотности тока численно равен отношению силы тока dI через малый элемент поверхности, обычный к направлению движения заряженных частиц, к величине площади этого элемента

(2.3)

Вектор совпадает по направлению с движением положительно заряженных носителей тока. Зная плотность тока, силу тока через произвольную поверхность S определяют как

(2.4)

где – проекция вектора j на Электропроводности металлов направление нормали к элементу поверхности, а интегрирование проводится по всей площади поверхности S.

Плотность неизменного тока схожа по всему поперечному сечению S однородного проводника. Для такового тока

(2.5)

Базы традиционной электрической теории

электропроводности металлов

Высочайшая электропроводность металлов связана с тем, что в металлах имеется огромное количество носителей тока – электронов проводимости, образовавшихся Электропроводности металлов из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определенному атому, а являются коллективизированными (обобществленными) электронами. В традиционной электрической теории Друде–Лоренца эти электроны рассматриваются как электрический газ, владеющий качествами одноатомного безупречного газа.

Концентрация электронов проводимости в одновалентном металле равна концентрации его атомов: , где – неизменная Авогадро, А – атомная масса металла Электропроводности металлов, r – его плотность. По порядку величины n0 ~ (1028–1029) м–3.

В отсутствие электронного поля снутри металла электроны проводимости движутся хаотически и сталкиваются с ионами кристаллической решетки металла.

Средняя кинетическая энергия термического хаотического движения электронов

где т – масса электрона, – средняя квадратичная скорость электронов. При температуре Т = 273 К скорость = 105 м/с.

Электронный ток в металле появляется под Электропроводности металлов действием наружного электронного поля, которое вызывает упорядоченное движение (дрейф) электронов. Плотность тока равна заряду всех электронов, проходящих за единицу времени через единицу площади поперечного сечения проводника:

(2.6)

где – концентрация электронов проводимости, е – абсолютная величина заряда электрона, ávñ – средняя скорость дрейфа электронов под действием наружного электронного поля. При наибольших плотностях Электропроводности металлов тока м/с, т. е. скорость дрейфа электронов ничтожно мала по сопоставлению со средней скоростью их термического движения.

Закон Ома для плотности тока (закон Ома в дифференциальной форме): плотность тока проводимости пропорциональна напряженности электронного поля в проводнике и совпадает с ней по направлению, т. е.

(2.7)

Коэффициент пропорциональности Электропроводности металлов g именуется удельной электронной проводимостью среды (удельной электропроводностью), а величина r = 1/g именуется удельным электронным сопротивлением среды.

Этот закон выводится в традиционной электрической теории электропроводности металлов при последующих 2-ух догадках:

а) концентрация электронов проводимости не находится в зависимости от напряженности электронного поля в проводнике;

б) средняя скорость упорядоченного движения электронов проводимости Электропроводности металлов, приобретаемая ими на длине свободного пробега под действием электронного поля, во много раз меньше средней скорости áuñ их термического движения, т. е. еЕálñ<< kT, где е – абсолютная величина заряда электрона, álñ – средняя длина свободного пробега электронов проводимости, k – неизменная Больцмана, Т – температура.

Согласно традиционной электрической теории

(2.8)

и

(2.9)

где т Электропроводности металлов – масса электрона.

Проходя расстояние равное длине свободного пробега электрон приобретает под действием поля скорость упорядоченного движения, равную . При соударении с ионом электрон теряет скорость, и энергия упорядоченного движения электрона преобразуется во внутреннюю энергию проводника, который греется при прохождении по нему электронного тока.

Большой плотностью термический мощности тока именуется величина , численно равная Электропроводности металлов энергии, которая выделяется в единице объема проводника за единицу времени.

Закон Джоуля–Ленца в дифференциальной форме: объемнаяплотность термический мощности тока равна скалярному произведению векторов плотности тока и напряженности электронного поля:

(2.10)

Закон Видемана – Франца: для всех металлов отношение коэффициента теплопроводимости К к удельной электронной проводимости g прямо пропорционально термодинамической температуре Т:

(2.11)

где Электропроводности металлов k – неизменная Больцмана, е – простый заряд.

Недочеты традиционной электрической теории электропроводности металлов:

а) невозможность разъяснить экспериментально наблюдаемую в широком интервале температур линейную зависимость меж удельным сопротивлением r и термодинамической температурой r ~ Т;

б) неверное значение молярной теплоемкости металлов. Она должна быть равна, согласно этой теории, 9R/2 (R – универсальная газовая Электропроводности металлов неизменная) и складываться из теплоемкости ионной кристаллической решетки (3R) и теплоемкости одноатомного электрического газа (3R/2). Но из опытнейшего закона Дюлонга и Пти понятно, что молярная теплоемкость металлов не много отличается от теплоемкости кристаллических диэлектриков и примерно равна 3R. Разъяснить это расхождение теории с тестом традиционная физика не может Электропроводности металлов;

в) экспериментальные значения удельного сопротивления r и теоретические значения средней арифметической скорости электронов приводят по формуле (2.9) к величине средней длины свободного пробега электрона álñ, на два порядка превосходящей период кристаллической решетки металла. Это противоречит догадкам традиционной электрической теории электропроводности металлов.


elementi-messianstva-v-godi-vtoroj-mirovoj-vojni-v-nacistskih-konclageryah-getto-i-lageryah-dlya-voennoplennih-referat.html
elementi-nacionalnoj-i-mirovoj-valyutnih-sistem.html
elementi-naloga-i-sposobi-vzimaniya-nalogov.html