![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Классическая электронная теория Друде-ЛоренцаСтр 1 из 3Следующая ⇒
Л Е К Ц И Я № 13 Электропроводность металлов. Классическая электронная теория Друде-Лоренца Металлы – хорошие проводники электрического тока.
1) 1901 г. опыт Рикке
Томсон, Стюарт – качественно
Мандельштам, Папалекси – количественно
вращение – остановка!
Результат: носителями электрического тока в металлах являются свободные электроны. Далее Друде и Лоренцом была создана классическая электронная теория электропроводности металлов. В ней металлы представляли собой твердые вещества, в узлах которых находятся положительные ионы, совершающие непрерывные колебания у положения равновесия. А отрицательные электроны представляют собой практически свободные частицы – отрицательно заряженный электронный газ (в качестве модели использовалась модель идеального газа). В отсутствие электрического поля электроны участвуют лишь в хаотическом движении с В электрическом поле электроны приобретают направленное движение против поля и двигаются с ускорением:
t - время между двумя последовательными столкновениями;
Вводя среднюю скорость дрейфа электронов по полю (среднюю скорость направленного движения)
можно записать значение плотности электрического тока в проводнике
где q - заряд электрона. Сравнивая полученный результат с законом Ома для участка электрической цепи в дифференциальной форме
можно записать выражение для удельной проводимости металлического проводника:
Аналогичные рассуждения можно провести для теплового действия тока (закон Джоуля-Ленца). Электроны, разгоняясь в электрическом поле, приобретают кинетическую энергию:
Тогда энергия всех электронов dN, приходящаяся на единицу объема dV металла за единицу времени свободного пробега приобретает значение
Сравнивая полученный результат с законом Джоуля-Ленца для участка электрической цепи в дифференциальной форме:
(где приходим к аналогичному результату (13-2)для удельной проводимости металлического проводника. Полученный результат объясняет, почему разные металлы обладают разным электрическим сопротивлением.
1) у разных металлов разная концентрация свободных электронов, которая определяется валентностью атомов a и концентрацией атомов n ат:
где
М - молярная масса металла;
2) у разных металлов разное строение кристаллической решетки:
3) средняя скорость теплового (хаотического) движения
Полученный классической теорией результат объяснял температурную зависимость электрического сопротивления металла
Более того, идея использовать модель идеального газа для описания тепловых свойств в твердых телах позволила Дюлонгу и Пти получить выражение для молярной теплоемкости твердых тел, которое хорошо удовлетворяло экспериментальным результатам в широком диапазоне температур:
Однако, как раньше было рассмотрено, в области сверхнизких температур закон Дюлонга-Пти очень сильно расходился с экспериментом. Более того, последовательное использование модели идеального газа приводила к результату, что молярная теплоемкость металлов должна была быть И, наконец, при изменении температуры металлического проводника его средняя скорость теплового (хаотического) движения меняется
Значит, электрическое сопротивление R должно зависеть от абсолютной температуры Т металла согласно (13-2), как
т. к. Но экспериментальные исследования зависимости
где a =
Объяснить эти противоречия с экспериментом классическая электронная теория не смогла. Все ответы были получены лишь в рамках квантовой физики.
|