Электронная теория проводимости металлов

  Автор:
  2982

В 1900 году немецкий физик П. Друде создал теорию электропроводности металлов. В основе этой теории лежат следующие допущения:

 

  1. Свободные электроны в металлах ведут себя подобно молекулам идеального газа. Электронный газ подчиняется законам идеального газа.
  2. Движение свободных электронов подчиняется законам Ньютона.
  3. Свободные электроны в процессе хаотического движения сталкиваются только с ионами кристаллической решетки.
  4. При столкновении электронов с ионами электроны передают ионам свою кинетическую энергию полностью.

 

Согласно данной модели, на отрезке проводника свободные электроны совершают хаотическое тепловое движение. Действующее в проводнике электрическое поле перемещает электроны с небольшой скоростью (скорость дрейфа электронов ~ 0,1 мм/с) вдоль проводника.

 

Сила тока в проводнике:

I=en<v>S

 

где n – концентрация свободных электронов в проводнике

<v> – средняя скорость дрейфа электронов

S – поперечное сечение проводника.

 

С позиции электронной проводимости металлов удалось объяснить причину нагревания проводников при прохождении электрического тока.

 


Электронная теория проводимости металлов экспериментально подтверждена в 1913 году российскими физиками Л.И. Мандельштамом и Н.Д. Папалекси и в 1916 году американскими физиками Т. Стюартом и  Р. Толменом.

 

 

 

Направление электрического тока в проводнике выбрано в сторону движения положительно заряженных частиц.

 

направление электрического тока

 

Отношение заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени называется силой тока.

 

сила тока

 

В СИ [I] = 1 А (Ампер)

 

Для поддержания электрического тока в проводнике необходимо электрическое поле. Его действие характеризуется электрическим напряжением.

 

напряжение электрического тока

 

В СИ [U] = 1 В (Вольт)

 

Для поддержания постоянного направленного движения заряженных частиц в проводнике электрическое поле должно совершать работу. Эту работу принято называть работой электрического тока.

Работа сил электрического поля или работа электрического тока на участке цепи сопротивлением R и за время t равна:

 

работа электрического тока

 

В СИ [A] = 1 Дж (Джоуль)

 

При нагревание проводника растет его температура, следовательно, увеличивается внутренняя энергия. С прекращением роста температуры проводника он начинает передавать окружающим телам некоторое количество теплоты, равное работе электрического тока. Таким образом, формула A=IUt определяет количество теплоты, переданное проводником другим телам.

 

Для последовательного соединения проводников удобнее воспользоваться формулой:

 

работа тока при последовательном соединении проводников

 

При параллельном соединении удобно использовать формулу:

 

работа тока при параллельном соединении проводников

 

Для характеристики электрических приборов удобнее пользоваться физической величиной, получившей название мощность тока.

 

Мощность электрического тока равна:

 

мощность электрического тока

 

В СИ [P] = 1 Вт (Ватт)

 

Назад

Интересная статья? Поделитесь ею пожалуйста с другими:
Оставьте свой комментарий:

на Блоге
в Вконтакте
в Фейсбук