Elektromos áram fémekben 1
Home | Rólunk | visszacsatolás
Elektromos áram fémek - rendezett elektronok mozgásának elektromos mező. Kísérletek azt mutatják, hogy amikor áram folyik át a fém vezető anyagátadási nem fordul elő, ezért a fém-ionok nem vesz részt a átadása elektromos töltés.
A legmeggyőzőbb bizonyíték elektronikus természetének a jelenlegi fémekben kaptuk kísérletekben a tehetetlensége az elektronok.
Az az elképzelés, ezeket a kísérleteket, és az első kvalitatív eredmények tartoznak az orosz fizikus LI Mandelstam és Papaleksi (1913). 1916-ban, az amerikai fizikus R. Tolman és skót fizikus B. Stewart javított eljárás és végzett kvantitatív mérések, bizonyítva, hogy a jelenlegi, a fém vezetővel okozta mozgása elektronok.
Jó elektromos vezetőképessége fémek miatt a nagy koncentrációjú szabad elektronok.
Az 1900-as német tudós P. Drude alapján azt a hipotézist, hogy létezik a szabad elektronok fémekben létrehozott elektronikus elmélet a vezetőképesség a fémek. Ezt az elméletet fejlesztette ki a holland fizikus H. Lorentz és az úgynevezett klasszikus elektron elmélet. Ezen elmélet szerint az elektronok fémekben viselkednek mint elektron gáz nagyjából hasonló az ideális gáz. Elektronikus gáz kitölti a teret közötti alkotó ionok a kristályrács a fém.
Mivel a kölcsönhatása ionok az elektronok hagyhatnak a fém, egy úgynevezett törés potenciálgát. A magassága ezt az akadályt az úgynevezett kilépési munka. Környezeti (szoba) hőmérsékleten az elektronok nem elég energiát leküzdeni a potenciális akadályt.
Szabad elektronok kiszámíthatatlanul és mozgása előtt álló rács ionok. Ennek eredményeként az ilyen ütközések termodinamikai egyensúly jön létre az elektron gáz és a rács. Szerint a Lorentz-Drude elmélet az elektronok azonos átlagos energia hőmozgást mint egyatomos ideális gáz. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy becslése szerint az átlagos sebesség a hőmozgás elektronok molekuláris képlete a kinetikus elmélet. Szobahőmérsékleten ez körülbelül egyenlő 10 5 m / s.
Ha külső elektromos mezőt a fém vezetővel, kivéve a termikus mozgást az elektronok történik velük szabályos mozgását (migráció), azaz az elektromos áram.
Az átlagos driftsebesség:
A koncentráció a szabad elektronok fémek közelítőleg egyenlő a koncentrációja a N atomok
Október 28 -10 29 -3 m. elektron egység töltés e = 1,6 * 19 okt Cl. Egy vezeték, olyan keresztmetszeti területe S = 1 mm 2 = 10 -6 m 2 áramerősség mellett I = 1 sebességgel megrendelt elektron mozgás
1 elektronok egy vezetőben mozgatjuk mozgása miatt megrendelt kevesebb, mint 0,1 mm.
Így az átlagos skorostuporyadochennogo mozgást az elektronok a fémes vezetőkhöz származékok számos kisebb, mint az átlagos termikus sebesség.
Alacsony driftsebesség ellentmond a kísérleti tény, hogy a jelenlegi a DC kapcsolat jön létre szinte azonnal. Rövidzárlat okozza a terjedését az elektromos mező sebességgel c = 3 × 10 8 m / s. Egy idő után a sorrendben az L / a (L - lánchosszúságú) a lánc mentén egy stacionárius elektromos tér eloszlása, és kezdődik egy rendezett mozgását elektronok.
A klasszikus elektron elmélete fémek azt feltételezzük, hogy a mozgás az elektronok tartsa be a törvényeket a newtoni mechanika. Ebben az elméletben, elhanyagolva a elektronok közti kölcsönhatást, valamint azok kölcsönhatását a pozitív ionok csak csökkenti az ütközések. Azt is feltételezzük, hogy minden egyes ütközés az elektron rács továbbítja a felhalmozott energia az elektromos mező, ezért az ütközés után kezd mozdulni abból a nullponteltolódás arány.
Klasszikus elektron elmélet magyarázza a létét az elektromos ellenállás a fémek, Ohm-törvény és a Joule. Ugyanakkor számos kérdés a klasszikus elektron elmélet vezet következtetéseket, amely ellentmond a tapasztalat.
Például, ez az elmélet nem tudja megmagyarázni, hogy miért a moláris hőkapacitás fémek. valamint a moláris hő dielektromos kristályok 3R. ahol R - egyetemes gázállandó (törvény Dulong és Petit). A jelenléte a szabad elektronok nem befolyásolja a nagysága a hőkapacitása fémek.
Klasszikus elektron elmélet is magyarázza hőmérsékletfüggése Az ellenállás a fémek. Az elmélet adja, míg a kísérleti úton függőség # 961;
A klasszikus elektron elmélet, az egyedi fém ellenállást csökkenteni kell monoton hűtés, míg a fennmaradó végén minden hőmérsékleten.
Az ilyen függőség valóban kísérletek során viszonylag magas hőmérsékleten.
Alacsonyabb hőmérsékleten néhány kelvin ellenállása sok fémet már nem függ a hőmérséklettől, és elér egy bizonyos határértéket. A legnagyobb érdeklődés a jelenség a szupravezetés. Nyílt dán fizikus H. Kamerlingh Onnes 1911. Egy bizonyos hőmérséklet Tcr. eltér a különböző anyagok, az ellenállás hirtelen nullára csökken.
A kritikus hőmérséklet 4.1 K. higany alumínium 1,2 KV 3,7 KV ón szupravezetés figyelhető nemcsak a sejtekben, hanem számos kémiai vegyületek és ötvözetek. Például, a nióbium vegyületet ón (Ni3 Sn) kritikus hőmérséklete 18 K. Egyes anyagok elhaladó alacsony hőmérsékleten a szupravezető állapotban, nem vezetékek közönséges hőmérsékleten. Ugyanakkor az ilyen „jó” vezetők, mint a réz és az ezüst, nem lesz szupravezető alacsony hőmérsékleten.
Ő -268,94 ° C, N (nitrogén) -195,82 ° C, H (hidrogén) -252,77 ° C