Категории товаров

Электроны в металле

Электроны в металле не находятся в покое. Они движутся с большой скоростью, так как металл имеет определенную температуру, которая связана с тепловым движением частиц. Температуре металла Т соответствует средняя скорость теплового движения электронов vT. Как показывает опыт величина ит намного больше скорости, которую может получить в электрическом поле электрон за время между соударениями. Поэтому время между соударениями будет определяться не величиной электрического поля, а температурой металла. Его можно получить, разделив длину свободного пробега X на тепловую скорость vT avto-drug.com

Теперь подставим полученное время в формулу для средней скорости движения частиц уже под действием сил поля; на большую скорость хаотического теплового движения частиц небольшая направленная составляющая:

Хаотическое тепловое движение электронов в проводнике не создает тока, так как в большом объеме проводника (а всякий реальный проводник велик по отношению к длине свободного пробега) в среднем всегда по действием тепла сколько частиц движется в одном направлении, столько же их движется и в противоположном. Направленная составляющая скорости, вызванная электрическим полем, хотя и мала, но в среднем одинакова у всех частиц в проводнике. Благодаря этому и создается электрический ток.

Последние две величины при постоянной температуре тоже постоянны. Таким образом, связь плотности тока и напряженности поля в металлах линейная, и формулу для тока можно переписать в виде.

Это уравнение связи плотности тока и напряженности поля; множитель пропорциональности о есть удельная проводимость металла, из которого сделан проводник, а обратная ей величина удельное сопротивление.

Напряженность поля в проводнике равна разности потенциалов на его концах, деленной на его длину: а весь ток в проводнике равен плотности тока, умноженной на площадь поперечного сечения проводника I = iS, так как при протекании по проводнику постоянного тока все его участки равноправны.

Соответственно и сопротивление всего проводника будет прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его сечения:

Линейная связь тока и напряжения для металлов, выражаемая законом есть следствие того, что число носителей тока — электронов — в металле постоянно, и длина свободного пробега электронов не за висит от величины напряженности поля.

Никакая система неподвижных зарядов не может находиться в устойчивом равновесии только под действием электростатических сил. Заряды будут двигаться до тех пор, пока в каждой точке плотность положительных и отрицательных зарядов не станет одинаковой. Для получения электрического тока надо на одном из концов проводника создать избыток зарядов одного знака, тогда созданное ими поле заставит заряды в цепи двигаться, и возникнет электрический ток. Создать такой избыток заряда за счет кулоновских сил нельзя. Следовательно, нужны некулоновские силы: механические, химические, ядерные или какие-либо другие.

Оставить комментарий