Главная › Охлаждение › Общая физика. Электрический ток в металлах

Общая физика. Электрический ток в металлах

Класс: 11

Презентация к уроку

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока :

Раскрыть понятие физической природы электрического тока в металлах, опытное подтверждение электронной теории;

Продолжить формирование естественно-научных представлений по изучаемой теме

Создать условия для формирования познавательного интереса, активности учащихся

Формированию навыков;

Формированию коммуникативного общения.

Оборудование: интерактивный комплекс SMART Board Notebook, локальная сеть компьютеров, интернет.

Метод ведения урока: комбинированный.

Эпиграф урока:

Науку все глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой томись.
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.

Фирдоуси
(Персидский и таджикский поэт, 940-1030 гг.)

План урока.

I. Оргмомент

II. Работа в группах

III. Обсуждение итогов, монтаж презентации

IV. Рефлексия

V. Домашнее задание

Ход урока

Здравствуйте, ребята! Садитесь. Сегодня наша работа будет проходить по группам.

Задания группам:

I. Физическая природа зарядов в металлах.

II. Опыт К.Рикке.

III. Опыт Стюарта, Толмена. Опыт Мандельштама, Папалекси.

IV. Теория Друде.

V. Вольт-амперная характеристика металлов. Закон Ома.

VI. Зависимость сопротивления проводников от температуры.

VII. Сверхпроводимость.

1. Электрическая проводимость представляет собой способность веществ проводить электрический ток под действием внешнего электрического поля.

По физической природе зарядов – носителей электрического тока, электропроводность подразделяют на:

А) электронную,

Б) ионную,

В) смешанную.

2. Для каждого вещества при заданных условиях характерна определенная зависимость силы тока от разности потенциалов.

По удельному сопротивлению вещества принято делить на:

А) проводники (p < 10 -2 Ом*м)

Б) диэлектрики (p > 10 -8 Ом*м)

В) полупроводники (10 -2 Ом*м> p>10 -8 Ом*м)

Однако такое деление условно, т. к. под воздействием ряда факторов (нагревания, облучения, примеси) удельное сопротивление веществ и их вольт - амперная характеристикаизменяются, и иногда очень существенно.

3. Носителями свободных зарядов в металлах являются электроны. Доказано классическими опытами К. Рикке (1901 г.) – немецкий физик; Л.И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси (1913 г.) – наши соотечественники; Т. Стюартом и Р. Толменом (1916 г.) – американские физики.

Опыт К. Рикке

Три предварительно взвешенных цилиндра (два медных и один алюминиевый) Рикке сложил отшлифованными торцами так, что алюминиевый оказался между медными. Затем цилиндры были включены в цепь постоянного тока: через них в течение года проходил большой ток. За то время через электрические цилиндры прошел электрический заряд, равный приблизительно 3.5 млн Кл. Вторичное взаимодействие цилиндров, проводившееся с до 0.03 мг, показало, что масса цилиндров в результате опыта не изменилась. При исследовании соприкасавшихся торцов под микроскопом было установлено, что имеются лишь незначительные следы проникновения металлов, которые не превышают результатов обычной диффузии атомов в твердых телах. Результаты опыта свидетельствовали о том, что в переносе заряда в металлах ионы не участвуют.

Л.И. Мандельштам

Н. . Папалекси

Опыт Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси

Русские ученые Л. И. Мандельштам (1879-1949; основатель школы радиофизиков) и Н. Д. Папалекси (1880-1947; крупнейший советский физик, академик, председатель Всесоюзного научного совета по радиофизике и радиотехнике при АН СССР) в 1913 году поставили оригинальный опыт. Взяли катушку с проводом и стали крутить ее в разные стороны.

Раскрутят, к примеру, 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. Движение электронов по проводу - электрический ток. Как задумали, так и получилось. Подсоединили к концам провода телефон и услышали звук. Раз в телефоне слышен звук, следовательно, через него ток протекает.

Т. Стюарт

Опыт Т. Стюарта и Р. Толмен

Возьмём катушку, которая может вращаться вокруг своей оси. Концы катушки с помощью скользящих контактов замкнуты на гальванометр. Если находящуюся в быстром вращении катушку резко затормозить, то свободные электроны в проволоке продолжат двигаться по инерции, в результате чего гальванометр должен зарегистрировать импульс тока.

Теория Друде

Электроны в металле рассматриваются как электронный газ, к которому можно применить кинетическую теорию газов. Считается, что электроны, как и атомы газа в кинетической теории, представляют собой одинаковые твердые сферы, которые движутся по прямым линиям до тех пор, пока не столкнутся друг с другом. Предполагается, что продолжительность отдельного столкновения пренебрежимо мала, и что между молекулами не действует никаких иных сил, кроме возникающих в момент столкновения. Так как электрон - отрицательно заряженная частица, то для соблюдения условия электронейтральности в твердом теле также должны быть частицы другого сорта - положительно заряженные. Друде предположил, что компенсирующий положительный заряд принадлежит гораздо более тяжелым частицам (ионам), которые он считал неподвижными. Во времена Друде не было ясно, почему в металле существуют свободные электроны и положительно заряженные ионы, и что эти ионы из себя представляют. Ответы на эти вопросы смогла дать только квантовая теория твердого тела. Для многих веществ, однако, можно просто считать, что электронный газ составляют слабо связанные с ядром внешние валентные электроны, которые в металле "освобождаются" и получают возможность свободно передвигаться по металлу, тогда как атомные ядра с электронами внутренних оболочек (атомные остовы) остаются неизменными и играют роль неподвижных положительных ионов теории Друде.

Электрический ток в металлах

Все металлы являются проводниками электрического тока и состоят из пространственной кристаллической решетки, узлы которой совпадают с центрами положительных ионов, а вокруг ионов хаотически движутся свободные электроны.

Основные положения электронной теории проводимости металлов.

Металл можно описать следующей моделью: кристаллическая решетка ионов погружена в идеальный электронный газ, состоящий из свободных электронов. У большинства металлов каждый атом ионизирован, поэтому концентрация свободных электронов приблизительно равна концентрации атомов 10 23 - 10 29 м -3 и почти не зависит от температуры.
Свободные электроны в металлах находятся в непрерывном хаотическом движении.
Электрический ток в металле образуется только за счет упорядоченного движения свободных электронов.
Сталкиваясь с ионами, колеблющимися в узлах кристаллической решетки, электроны отдают им избыточную энергию. Вот почему при прохождении тока проводники нагреваются.

Электрический ток в металлах.

Сверхпроводимость

Явление уменьшения удельного сопротивления до нуля при температуре, отличной от абсолютного нуля, называется сверхпроводимостью. Материалы обнаруживающие способность переходить при некоторых температурах, отличных от абсолютного нуля, в сверхпроводящее состояние, называются сверхпроводниками.

Прохождение тока в сверхпроводнике происходит без потерь энергии, поэтому однажды возбужденный в сверхпроводящем кольце электрический ток может существовать неограниченно долго без изменения.

Сверхпроводящий материалы уже используются в электромагнитах. Ведутся исследования, направленные на создание сверхпроводящих линий электропередачи.

Применение явления сверхпроводимости в широкой практике может стать реальностью в ближайшие годы благодаря открытию в 1986 г. Сверхпроводимости керамик – соединений лантана, бария, меди и кислорода. Сверхпроводимость таких керамик сохраняется до температур около 100 К.

Молодцы, ребята! С работой справились отлично. Получилась хорошая презентация. Спасибо за урок!

Литература.

Горбушин Ш.А. Опорные конспекты для изучения физики за курс средней общеобразовательной школы. – Ижевск “Удмуртия”, 1992.
Ланина И.Я. Формирование познавательных интересов учащихся на уроках физики: Книга для учителя. – М.: Просвещение, 1985.
Урок физики в современной школе. Творческий поиск учителей: Книга для учителя /Сост. Э.М.Браверман/ Под редакцией В.Г. Разумовского.- М.: Просвещение, 1993
Дигелев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов: Книга для учащихся.- М.: Просвещение, 1986.
Карцев В.Л. Приключения великих уравнений.- 3-е издание – М.: Знание, 1986. (Жизнь замечательных идей).

Тема урока.Электрический ток в металлах.

Урок изучения нового с элементами контроля и повторения.

Оборудование: презентация, установка для опыта по изменению сопротивления в зависимости от температуры.

Цели и задачи. 1. Сформировать знания основ электронной теории проводимости металлов, опытного обоснования и применения теории на практике.

2. Расширить кругозор учащихся рассказом о явлении сверхпроводимости.

3.Научить применять знания зависимости сопротивления от температуры в решении задач.

4.Воспитывать патриотические чувства через ознакомление с историей открытий в области физики твердого тела.

План урока. (по слайдам)

1.Сегодня на уроке.

2.Повторим. Даны вопросы, знания которых требуется при изучении нового.

3. Изучение нового: а) электропроводносчть разных веществ;б) природа носителей зарядов в металлах; в) теория электропроводности металлов; г) зависимость сопротивления от температуры; д) термометры сопротивления; е) сверхпроводимость и ее применение.

4. Контрольный тест. (Проверка после клика мышью).

5. Закрепление. Предложены 3 задачи на зависимость сопротивления от температуры. Ответы проявляются после клика мышью. Необходимые постоянные параметры ученики берут из таблиц.

Просмотр содержимого документа
«Презентация к уроку "Электрический ток в металлах", 10 класс.»

Электрический ток в металлах

Савватеева Светлана Николаевна, учитель физики МБОУ «Кемецкая СОШ» Бологовского района Тверской области.

СЕГОДНЯ НА УРОКЕ

Тайное становится явным. Что скрывается за понятием « Носители тока в металлах» ?

Каковы трудности классической теории электропроводности металлов?

Почему лампы накаливания перегорают?

Почему они перегорают при включении?

Как потерять сопротивление?

ПОВТОРИМ

Что такое электрический ток?
Каковы условия существования тока?
Какие действия тока вам известны?
Что принято за направление тока?
Какой величиной определяется сила тока в электрической цепи?
Что принимают за единицу силы тока?
От каких величин зависит сила тока?
Какова скорость распространения тока в проводнике?
Какова скорость упорядоченного движения электронов?
Зависит ли сопротивление от силы тока и напряжения?
Как формулируется закон Ома для участка цепи и для полной цепи?

ПРИРОДА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В МЕТАЛЛАХ

Опыт Рикке (нем.) – 1901 г. Год! M = const, это не ионы!

Мандельштам и Папалекси (1913 г.)

Стюарт и Толмен (1916 г.)

По направлению тока -

По І J I - q ⁄ m = e ⁄ m } это электроны!

Электрический ток в металлах -- направленное движение электронов.

Теория электропроводимости металлов

П. Друзе, 1900 г.:

свободные электроны – « электронный газ»;
электроны движутся в соответствие с законами Ньютона;
свободные электроны сталкиваются с ионами крист. решетки;
при столкновении электроны передают ионам свою кинетическую энергию;
средняя скорость пропорциональна напряженности и, следовательно разности потенциалов;

R= f ( ρ, l, s, t)

термометры сопротивления

Преимущества: помогают измерять очень низкие и очень высокие температуры.

сверхпроводимость

Ртуть в жидком гелии

Объяснение – на основе квантовой теории.

Д. Бардин, Л. Купер, Д. Шриффер (амер.) и

Н. Боголюбов (сов. уч. В 1957 г.)

А также:

получение больших токов, магнитных полей;
передача электроэнергии без потерь.

Контрольный тест

Как движутся свободные электроны в металлах?

А. В строгом определенном порядке. Б. Беспорядочно. В. Упорядоченно.

Как движутся свободные электроны в металлах под действием электрического поля?

А. Беспорядочно. Б. Упорядоченно. В. Упорядоченно в направлении электрического поля. Г. Упорядоченно в направлении противоположном электрическому полю.

. Какие частицы располагаются в узлах кристаллической решетки металлов и какой заряд они имеют?

А. Отрицательные ионы. Б. Электроны. В. Положительные ионы.

Какое действие электрического тока используется в электролампах?

А. Магнитное. Б. Тепловое. В. Химическое. Г. Световое и тепловое.

Движение каких частиц принято за направление тока в проводнике?

А.Электронов. Б. Отрицательных ионов. В. Положительных зарядов.

Почему металлы нагреваются при прохождении по ним тока?

А. Свободные электроны сталкиваются друг с другом. Б. Свободные электроны сталкиваются с ионами. В. Ионы сталкиваются с ионами.

Как изменяется сопротивление металлов при охлаждении их?

А. Увеличивается. Б. Уменьшается. В. Не изменяется.

1 . Б. 2.Г. 3.В. 4.Г. 5.В. 6.Б. 7.Б.

РЕШИ ЗАДАЧИ

1.Электрическое сопротивление вольфрамовой нити электрической лампы при температуре 23 °C равно 4 Ом.

Найдите электрическое сопротивление нити при 0°C.

(Ответ: 3,6 Ом)

2. Электрическое сопротивление вольфрамовой нити при 0°C равно 3,6 Ом. Найдите электрическое сопротивление

При температуре 2700 К.

(Ответ: 45,5 Ом)

3. Электрическое сопротивление проволоки при 20 °C равно 25 Ом, при температуре 60°C равно 20 Ом. Найдите

Температурный коэффициент электрического сопротивления.

(Ответ: 0,0045 К¯¹)

Электрический ток в металлах Савватеева Светлана Николаевна, учитель физики МБОУ «Кемецкая СОШ» Бологовского района Тверской области. СЕГОДНЯ НА УРОКЕ Тайное становится явным. Что скрывается за понятием « Носители тока в металлах» ? Каковы трудности классической теории электропроводности металлов? Почему лампы накаливания перегорают? Почему они перегорают при включении? Как потерять сопротивление? ПОВТОРИМ

Что такое электрический ток?
Каковы условия существования тока?
Какие действия тока вам известны?
Что принято за направление тока?
Какой величиной определяется сила тока в электрической цепи?
Что принимают за единицу силы тока?
От каких величин зависит сила тока?
Какова скорость распространения тока в проводнике?
Какова скорость упорядоченного движения электронов?
Зависит ли сопротивление от силы тока и напряжения?
Как формулируется закон Ома для участка цепи и для полной цепи?

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Мандельштам и Папалекси (1913 г.)

Стюарт и Толмен (1916 г.)

По направлению тока - < 0

По І J I - q ⁄ m = e ⁄ m } это электроны!

Опыт Рикке (нем.) – 1901 г. Год! M = const, это не ионы!

ПРИРОДА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В МЕТАЛЛАХ

Электрический ток в металлах -- направленное движение электронов.

Теория электропроводимости металлов

П. Друзе, 1900 г.:

свободные электроны – « электронный газ»;
электроны движутся в соответствие с законами Ньютона;
свободные электроны сталкиваются с ионами крист. решетки;
при столкновении электроны передают ионам свою кинетическую энергию;
средняя скорость пропорциональна напряженности и, следовательно разности потенциалов;

R= f (ρ, l, s, t)

термометры сопротивления

Преимущества: помогают измерять очень низкие и очень высокие температуры.

сверхпроводимость Ртуть в жидком гелии

Объяснение – на основе квантовой теории.

Д. Бардин, Л. Купер, Д. Шриффер (амер.) и

Н. Боголюбов (сов. уч. В 1957 г.)

Применение сверхпроводимости!

получение больших токов, магнитных полей;
передача электроэнергии без потерь.

Контрольный тест

Как движутся свободные электроны в металлах?
Как движутся свободные электроны в металлах под действием электрического поля?
.Какие частицы располагаются в узлах кристаллической решетки металлов и какой заряд они имеют?
Какое действие электрического тока используется в электролампах?
Движение каких частиц принято за направление тока в проводнике?
Почему металлы нагреваются при прохождении по ним тока?
Как изменяется сопротивление металлов при охлаждении их?

1. Б. 2.Г. 3.В. 4.Г. 5.В. 6.Б. 7.Б.

РЕШИ ЗАДАЧИ

1.Электрическое сопротивление вольфрамовой нити электрической лампы при температуре 23°C равно 4 Ом.

Найдите электрическое сопротивление нити при 0°C.

(Ответ: 3,6 Ом)

2. Электрическое сопротивление вольфрамовой нити при 0°C равно 3,6 Ом. Найдите электрическое сопротивление

При температуре 2700 К.

(Ответ: 45,5 Ом)

3. Электрическое сопротивление проволоки при 20 °C равно 25 Ом, при температуре 60°C равно 20 Ом. Найдите

Температурный коэффициент электрического сопротивления.

ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ?

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.

ПРИРОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В МЕТАЛЛАХ

Электрический ток в 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 Э.РИККЕ

Немецкий физик Карл Рикке провёл 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.

Карл Виктор Эдуард Рикке

ОПЫТ Л.И. МАНДЕЛЬШТАМА И Н.Д. ПАПАЛЕКСИ

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.

Мандельштам Леонид Исаакович

Николай Дмитриевич Папалекси (1880-1947)

ОПЫТ Т.СТЮАРТА И Р.ТОЛМЕНА

Опыт Мандельштама и 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.

Батлер Стюарт Томас

Ричард Чейз Толмен

КЛАССИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ

Предположение о том, что за 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

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ:

Наличие большого числа электронов в металлах способствует их 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 * Ū д

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Некоторые металлы и сплавы обладают 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 (Т кр =4,2 о К).

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА:

получение сильных магнитных полей
передача электроэнергии 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

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ

Слайд 2

Основы электронной теории проводимости В начале XX века была создана классическая электронная теория проводимости металлов (П. Друде, 1900 г., Х.Лоренц, 1904 г.), которая дала простое и наглядное объяснение большинства электрических и тепловых свойств металлов. Пауль Друде Карл Людвиг - немецкий физик Хендрик Антон Лоренц- голландский физик

Слайд 3

Движение электронов подчиняется законам классической механики. Электроны друг с другом не взаимодействуют. Электроны взаимодействуют только с ионами кристаллической решётки, взаимодействие это сводится к соударению. В промежутках между соударениями электроны движутся свободно. Электроны проводимости образуют «электронный газ», подобно идеальному газу. «Электронный газ» подчиняется законам идеального газа. При любом соударении электрон передаёт всю накопленную энергию. Классическая электронная теория Друде - Лоренца.

Слайд 4

Электрический ток в металлах Ионы кристаллической решетки металла не принимают участие в создании тока. Их перемещение при прохождении тока означало бы перенос вещества вдоль проводника, что не наблюдается. Например, в опытах Э. Рикке (1901 г.) масса и химический состав проводника не изменялся при прохождении тока в течении года.

Слайд 5

Вывод: Не происходит переноса вещества = > 1) Ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда. 2) Носители заряда - частицы, входящие в состав всех металлов Опыт Рикке 1901 г.

Слайд 6: Электроны взаимодействуют не друг с другом, а с ионами кристаллической решётки. При каждом соударении электрон передаёт свою кинетическую энергию

Слайд 7

Экспериментальное доказательство того, что ток в металлах создается свободными электронами, было дано в опытах Л.И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси (1913 г., результаты не были опубликованы), а также Т. Стюарта и Р. Толмена (1916 г.). Они обнаружили, что при резкой остановке быстро вращающейся катушки в проводнике катушки возникает электрический ток, создаваемый отрицательно заряженными частицами - электронами.

Слайд 8

Опыт Мандельштама и Папалекси Вывод: Носители электрического заряда движутся по инерции 1913 г.

Слайд 9

Опыт Толмена и Стюарта Выводы: Носителями заряда в металле являются отрицательно заряженные частицы. Отношение = > Электрический ток в металлах обусловлен движением электронов 1916 г.

Слайд 10: Ионы совершают тепловые колебания, вблизи положения равновесия – узлов кристаллической решётки. Свободные электроны движутся хаотично и при своём движении сталкиваются с ионами кристаллической решётки

Слайд 11

Металлический проводник состоит из: положительно заряженных ионов, колеблющихся около положения равновесия, и 2) свободных электронов, способных перемещаться по всему объему проводника. В металле в отсутствие электрического поля электроны проводимости хаотически движутся и сталкиваются, чаще всего с ионами кристаллической решетки. Совокупность этих электронов можно приближенно рассматривать как некий электронный газ, подчиняющийся законам идеального газа. Средняя скорость теплового движения электронов при комнатной температуре составляет примерно 105 м/с.

Слайд 12

Зависимость сопротивления проводника R от температуры: При нагревании размеры проводника меняются мало, а в основном меняется удельное сопротивление. Удельное сопротивление проводника зависит от температуры: где ро - удельное сопротивление при 0 градусов, t - температура, - температурный коэффициент сопротивления (т.е. относительное изменение удельного сопротивления проводника при нагревании его на один градус)

Слайд 13

Для всех металлических проводников α > 0 и слабо изменяется с изменением температуры. Для большинства металлов в интервале температур от 0 ° до 100 °С коэффициент α изменяется от 3,3⋅10–3 до 6,2⋅10–3 К–1 (таблица 1). У химически чистых металлов Существуют специальные сплавы, сопротивление которых практически не изменяется при нагревании, например, манганин и константан. Их температурные коэффициенты сопротивления очень малы и равны соответственно 1⋅10–5 К–1 и 5⋅10–5 К–1.

Слайд 14

Таким образом, для металлических проводников с ростом температуры увеличивается удельное сопротивление, увеличивается сопротивление проводника и уменьшается эл.ток в цепи. Сопротивление проводника при изменении температуры можно рассчитать по формуле: R = Ro (1 + t) где Ro - сопротивление проводника при 0 градусов Цельсия t - температура проводника - температурный коэффициент сопротивления

Слайд 15: Сопротивление проводника

Сопротивление - это физическая величина, характеризующая степень противодействия проводника направленному движению зарядов. Удельное сопротивление – это сопротивление цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади поперечного сечения. Сверхпроводимость – физическое явление, заключающееся в скачкообразном падении сопротивления до нуля при некоторой критической температуре (Т кр) – удельное сопротивление, - длина проводника, S - площадь поперечного сечения = (1 + ∆ Т) - удельное сопротивление при t =20 0 С; - температурный коэффициент сопротивления = 1/ 273 0 К -1 ∆ Т – изменение температуры Т,К 0 металл сверхпроводник Т кр 293

Слайд 16

Сверхпроводимость, свойство многих проводников, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля при охлаждении ниже определённой критической температуры Т к, характерной для данного материала. С. обнаружена у более чем 25 металлических элементов, у большого числа сплавов и интерметаллических соединений, а также у некоторых полупроводников.

Слайд 17

В 1911 году голландский физик Камерлинг-Оннес обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,2 К резко падает до нуля.

Слайд 18

Г. Камерлинг-Оннес был удостоен Нобелевской премии по физике 1913 г. «за исследования свойств вещества при низких температурах». В дальнейшем было выяснено, что более 25 химических элементов - металлов при очень низких температурах становятся сверхпроводниками. У каждого из них своя критическая температура перехода в состояние с нулевым сопротивлением. Самое низкое значение ее у вольфрама - 0,012 К, самое высокое у ниобия - 9 К. Сверхпроводимость наблюдается не только у чистых металлов, но и у многих химических соединений и сплавов. При этом сами элементы, входящие в состав сверхпроводящего соединения, могут и не являться сверхпроводниками. Например, NiBi, Au2Bi, PdTe, PtSb и другие. До 1986 г. были известны сверхпроводники, обладающие этим свойством при очень низких температурах - ниже –259 °С. В 1986-1987 годах были обнаружены материалы с температурой перехода в сверхпроводящее состояние около –173 °С. Это явление получило название высокотемпературной сверхпроводимости, и для его наблюдения можно использовать вместо жидкого гелия жидкий азот.

Слайд 19: Сверхпроводимость

Академик В.Л. Гинзбург, нобелевский лауреат за работы по сверхпроводимости

Слайд 20: 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 (Т кр =4,2 о К). Т P 0

Слайд 21: 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: Т э (М э) 1/2 = const (изотопический эффект) Сильное магнитное поле разрушает эффект сверхпроводимости. Следовательно, при помещении в магнитное поле свойство сверхпроводимости может исчезнуть.

Слайд 22: Реакция на примеси

Введение примеси в сверхпроводник уменьшает резкость перехода в сверхпроводящее состояние. В нормальных металлах ток исчезает примерно через 10 -12 с. В сверхпроводнике ток, может циркулировать годами (теоретически 105 лет!).

Слайд 23: Физическая природа сверхпроводимости

Явление сверхпроводимости можно понять и обосновать только с помощью квантовых представлений Они были представлены в 1957 году американскими учеными Дж.Бардиным, Л.Купером, Дж.Шриффером и советским академиком Н.Н. Боголюбовым. В 1986 году была открыта высокотемпературная сверхпроводимость соединений лантана, бария и др. элементов (Т= 100 0 К - это температура кипения жидкого азота).

Слайд 24

Однако нулевое сопротивление - не единственная отличительная черта сверхпроводимости. Ещё из теории Друде известно, что проводимость металлов увеличивается с понижением температуры, то есть электрическое сопротивление стремится к нулю.

Отталкиваясь от неподвижного сверхпроводника, магнит всплывает сам и продолжает парить до тех пор, пока внешние условия не выведут сверхпроводник из сверхпроводящей фазы. В результате этого эффекта магнит, приближающийся к сверхпроводнику, «увидит» магнит обратной полярности точно такого же размера, что и вызывает левитацию.

Слайд 27: Применение сверхпроводимости

1.Сооружаются мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой, которые создают магнитное поле без затрат электроэнергии на длительном интервале времени, т.к. выделения теплоты не происходит. 2.Сверхпроводящие магниты используются в ускорителях элементарных частиц, магнитогидродинамических игенераторах, преобразующих энергию струи раскаленного ионизированного газа, движущегося в магнитном поле, в электрическую энергию. 3.Высокотемпературная сверхпроводимость в недалеком будущем приведет к технической революции в радиоэлектронике, радиотехнике. 4. Если удастся создать сверхпроводники при комнатной температуре, то генераторы и электродвигатели станут исключительно компактны и передавать электроэнергию будет возможно на большие расстояния без потерь.

Последний слайд презентации: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ: Используемые ресурсы:

http://www.physbook.ru/index.php/ Т._Электронная_проводимость_металлов http://class-fizika.narod.ru/10_9.htm