"Электрический ток в металлах"

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.

металлических проводниках никаких изменений в этих проводниках, кроме их нагревания,

не вызывает.
Концентрация электронов проводимости в металле очень велика: по порядку величины она равна числу атомов в единице объёма металла. Электроны в металлах находятся в непрерывном движении. Их беспорядочное движение напоминает движение молекул идеального газа. Это дало основание считать, что электроны в металлах образуют своеобразный электронный газ. Но скорость беспорядочного движения электронов в металле значительно больше скорости молекул в газе.

опыт, в котором электрический ток пропускал в течении года через

три прижатых друг к другу, отшлифованных цилиндра - медный, алюминиевый и снова медный. 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. Естественно предположить, что ток в металлах осуществляют именно свободные электроны.

Русские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси в

1913 году поставили оригинальный опыт. Катушку с проводом стали крутить в разные стороны. Раскрутят, по часовой стрелке, потом резко остановят и — назад.  Рассуждали они примерно так: если электроны и вправду обладают массой, то, когда катушка внезапно останавливается, электроны еще некоторое время должны двигаться по инерции. Так и получилось. Подсоединили к концам провода телефон и услышали звук, а это означало что через него протекает ток.

Папалекси в 1916 году повторили американские ученые Толмен и Стюарт. 

Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводили в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов присоединили к чувствительному баллистическому гальванометру. Раскрученная катушка резко тормозилась, в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся по отбросу стрелки гальванометра.

равным
 

электрический ток в металлах ответственны электроны, существовало и до проведения

опыта Стюарта и Толмена. В 1900 году немецкий ученый П. Друде на основании гипотезы о существовании свободных электронов в металлах создал свою электронную теорию проводимости металлов, названную после  классической электронной теорией. Согласно этой теории, электроны в металлах ведут себя как электронный газ, во многом схожий с идеальным газом . Он заполняет пространство между ионами, образующими кристаллическую решетку металла






На рисунке показана траектория одного из свободных электронов в кристаллической решетке металла

хорошей проводимости.
Под действием внешнего электрического поля на беспорядочное движение электронов

накладывается упорядоченное движение, т.е. возникает ток.
Сила электрического тока, идущего по металлическому проводнику, равна:

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

l = e*n*S*Ūд

сверхпроводимостью, свойством обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими

температуры ниже определённого значения (критическая температура).

Явление сверхпроводимости было обнаружено голландским физиком Х.Камерлингом – Онессом в 1911 году у ртути ( Ткр=4,2оК).

от источника к потребителю
мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой в генераторах,

электродвигателях и ускорителях, в нагревательных приборах

В настоящее время в энергетике существует большая проблема, связанная с большими потерями при передаче электроэнергии по проводам.

Возможное решение проблемы:
- строительство дополнительных ЛЭП - замена проводов на большие поперечные сечения - повышение напряжения - расщепление фазы