Презентация по физике " Ток в металлах"

• 1 слайд

  Электрический ток в металлах
  

• 2 слайд

  Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.
  

• 3 слайд

  Опыт Э.Рикке
  В этих опытах электрический ток пропускали в течении года через три прижатых друг к другу, хорошо отшлифованных цилиндра - медный, алюминевый и снова медный. Общий заряд, прошедший за это время через цилиндры, был очень велик (около 3,5*106 Кл). После окончания было установлено, что имеются лишь незначительные следы взаимного проникновения металлов, которые не превышают результатов обычной диффузии атомов в твёрдых телах. Измерения, проведённые с высокой степенью точности, показали, что масса каждого из цилиндров осталась неизменной. Поскольку массы атомов меди и алюминия существенно отличаются друг от друга, то масса цилиндров должна была бы заметно измениться, если бы носителями заряда были ионы.
  Следовательно, свободными носителями заряда в металлах являются не ионы. Огромный заряд, который прошёл через цилиндры, был перенесён, очевидно, такими частицами, которые одинаковы и в меди, и в алюминии. Как известно, такие частицы входят в состав атомов всех веществ - это электроны. Естественно предположить, что ток в металлах осуществляют именно свободные электроны.
  

• 4 слайд

  Опыт Т.Стюарта и Р.Толмена
  Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру Г. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся по отбросу стрелки гальванометра.
  

• 5 слайд

  Т.Стюарт и Р.Толмен определили экспериментально удельный заряд частиц. Он оказался равным
  

• 6 слайд

  Закон Ома
  Рассмотрим проводник длины l и сечением S с концентрацией электронов n. Ток в проводнике может быть записан в виде:
  
  
  где U = El – напряжение на концах проводника. Полученная формула выражает закон Ома для металлического проводника.
  
  
  

• 7 слайд

  Электрическое сопротивление проводника равно:
  
  
  
  а удельное сопротивление ρ и удельная проводимость ν выражаются соотношениями:
  
  

• 8 слайд

  Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике.
  Для определения скорости упорядоченного движения свободных электрических зарядов в проводнике нужно знать концентрацию n свободных носителей заряда и силу тока I. Если концентрация свободных электрических зарядов в проводнике n, то за промежуток времени Δt через поперечное сечение S проводника при скорости их упорядоченного движения проходит электрический заряд, равный ,где e — модуль заряда электрона.
  

• 9 слайд

  В начале 20 века немецкий физик П. Друде и голландский физик Х.Лоренц создали классическую теорию электропроводности металлов.
  
  

• 10 слайд

  Основные положения теории:
  Хорошая проводимость металлов объясняется наличием в них большого числа электронов.
  Под действием внешнего электрического поля на беспорядочное движение электронов накладывается упорядоченное движение, т.е. возникает ток.
  

• 11 слайд

  3. Сила электрического, тока идущего по металлическому проводнику равна:
  

• 12 слайд

  4. Так как внутреннее строение у разных веществ различное, то и сопротивление тоже будет различным.
  5. При увеличении хаотического движения частиц вещества происходит нагревание тела, т.е. выделение тепла. Закон Джоуля-Ленца:
  

• 13 слайд

  6. У всех металлов с увеличением температуры растет и сопротивление.
  
  
  где a - температурный коэффициент; – удельное сопротивление и сопротивление металлического проводника; и R – удельное сопротивление проводника и сопротивление проводника при температуре t.
  

• 14 слайд

  Сверхпроводимость металлов и сплавов
  
  У многих металлов и сплавов при температурах, близких с T=0 К, наблюдается резкое уменьшение удельного сопротивления – это явление называется сверхпроводимостью металлов.
  
  Оно было обнаружено голландским физиком Х.Камерлингом – Онессом в 1911 году у ртути ( Ткр=4,2оК).
  Т
  P
  0
  

• 15 слайд

  Теория сверхпроводимости была создана лишь в 1957 году американцами Л.Купером, Дж. Бардином и Дж. Шриффером. Они считали, что сверх проводимость – это сверхтекучесть электронной жидкости.
  

• 16 слайд

  Область применения:
  получение сильных магнитных полей;
  мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой в ускорителях и генераторах.
  В настоящий момент в энергетике существует большая проблема
  - большие потери электроэнергии при передаче ее по проводам.
  
  Возможное решение проблемы:
  при сверхпроводимости сопротивление проводников приблизительно равно 0
  и потери энергии резко уменьшаются.
  
  

• 17 слайд

  Общие сведения
  Свойством сверхпроводимости обладают около половины металлов и несколько сотен сплавов.
  Сверхпроводящие свойства зависят от типа кристаллической структуры. Изменение её может перевести вещество из обычного в сверхпроводящее состояние.
  Критические температуры изотопов элементов, переходящих в сверхпроводящее состояние, связаны с массами изотопов соотношением:
  Тэ(Мэ)1/2= const (изотопический эффект)
  Сильное магнитное поле разрушает эффект сверхпроводимости. Следовательно, при помещении в магнитное поле свойство сверхпроводимости может исчезнуть.