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일반 물리학. 금속의 전류

수업: 11

수업 프레젠테이션

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수업 목표:

금속에서 전류의 물리적 특성에 대한 개념을 밝히기 위해 전자 이론의 실험적 확인;

연구 주제에 대한 자연 과학적 아이디어의 형성을 계속하십시오.

인지 적 관심, 학생 활동 형성을위한 조건 만들기

기술의 형성;

의사 소통의 형성.

장비: 인터랙티브 컴플렉스 SMART Board 노트북, 로컬 컴퓨터 네트워크, 인터넷.

수업 교육 방법: 결합.

수업 서문 :

과학을 더 깊이 이해하기 위해 노력하고,
영원에 대한 지식을 갈망합니다.
첫 번째 지식만이 네게 빛을 비출 것이다.
당신은 알게 될 것입니다: 지식에는 한계가 없습니다.

페르도우시
(페르시아와 타직 시인, 940-1030)

강의 계획.

I. 정리의 순간

II. 그룹 과제

III. 결과 토론, 프레젠테이션 설치

IV. 반사

V. 숙제

수업 중

안녕하세요 여러분! 앉아. 오늘 우리는 그룹으로 일할 것입니다.

그룹 작업:

I. 금속 전하의 물리적 성질.

II. K. Rikke의 경험.

III. Stuart, Tolman의 경험. Mandelstam, Papaleksi의 경험.

IV. 드루이드 이론.

V. 금속의 볼트 암페어 특성. 옴의 법칙.

VI. 온도에 대한 도체 저항의 의존성.

VII. 초전도성.

1. 전기 전도도는 외부 전기장의 영향으로 전류를 전도하는 물질의 능력입니다.

전하의 물리적 특성 - 전류 운반체에 따라 전기 전도도는 다음과 같이 나뉩니다.

가) 전자

나) 이온성

나) 혼합.

2. 주어진 조건 하에서 각 물질에 대해 전위차에 대한 전류 강도의 특정 의존성이 특징적입니다.

물질의 저항률에 따라 다음과 같이 나누는 것이 일반적입니다.

A) 도체(p< 10 -2 Ом*м)

B) 유전체 (p\u003e 10 -8 옴 * m)

C) 반도체 (10 -2 옴 * m> p> 10 -8 옴 * m)

그러나 이러한 분할은 조건부입니다. 여러 요인 (가열, 조사, 불순물)의 영향으로 물질의 저항과 전압-암페어 특성이 변하고 때로는 매우 크게 변하기 때문입니다.

3. 금속의 자유 전하 운반자는 전자입니다. 고전 실험 K. Rikke (1901)-독일 물리학 자에 의해 입증되었습니다. L.I. Mandelstam 및 N. D. Papaleksi (1913) - 우리 동포들; T. Stewart 및 R. Tolman (1916) - 미국 물리학 자.

K. Rikke의 경험

Rikke는 구리 실린더 사이에 알루미늄 실린더가 있도록 광택 처리된 끝이 있는 3개의 사전 중량 실린더(구리 2개와 알루미늄 1개)를 접었습니다. 그런 다음 실린더는 DC 회로에 연결되었습니다. 일년 동안 큰 전류가 통과했습니다. 그 시간 동안 약 350만 C에 해당하는 전하가 전기 실린더를 통과했습니다. 0.03 mg까지 수행된 실린더의 2차 상호작용은 실험 결과 실린더의 질량이 변하지 않음을 보여주었다. 접촉 끝을 현미경으로 조사했을 때 금속 침투의 흔적이 미미한 것으로 나타났으며 이는 고체에서 원자의 일반적인 확산 결과를 초과하지 않습니다. 실험 결과는 이온이 금속의 전하 이동에 참여하지 않음을 나타냅니다.

L.I. 만델슈탐

N. . 교황청

L. I. Mandelstam과 N. D. Papaleksi의 경험

러시아 과학자 L. I. Mandelstam (1879-1949; 전파 물리학 학교 창립자) 및 N. D. Papaleksi (1880-1947; 소련 최대의 물리학 자, 학자, Academy of Radio Physics and Radio Engineering에 대한 All-Union Scientific Council for Radio Physics and Radio Engineering 회장 Sciences of the USSR)은 1913년 원래의 경험을 전달했습니다. 그들은 와이어 코일을 가져다가 다른 방향으로 꼬기 시작했습니다.

예를 들어 시계 방향으로 풀고 갑자기 멈추고 다시 돌아갑니다.

그들은 다음과 같이 추론했습니다. 전자가 실제로 질량을 가지고 있다면 코일이 갑자기 멈출 때 전자는 얼마 동안 관성에 의해 계속 움직여야 합니다. 와이어를 통한 전자의 이동은 전류입니다. 계획대로 그렇게 일어났습니다. 전화를 전선 끝에 연결하고 소리를 들었습니다. 따라서 전화에서 소리가 들리면 전류가 흐릅니다.

T. 스튜어트

T. Stewart와 R. Tolman의 경험

축을 중심으로 회전할 수 있는 코일을 살펴보겠습니다. 코일의 끝은 슬라이딩 접점을 통해 검류계에 연결됩니다. 빠르게 회전하는 코일이 급격하게 제동되면 와이어의 자유 전자가 관성에 의해 계속 이동하여 검류계가 전류 펄스를 등록해야 합니다.

드루이드 이론

금속의 전자는 기체의 운동론을 적용할 수 있는 전자 기체로 간주됩니다. 운동 이론의 가스 원자와 같은 전자는 서로 충돌할 때까지 직선으로 움직이는 동일한 고체 구라고 믿어집니다. 단일 충돌의 지속 시간은 무시할 수 있으며 충돌 순간에 발생하는 힘을 제외하고는 분자 사이에 다른 힘이 작용하지 않는다고 가정합니다. 전자는 음전하를 띤 입자이기 때문에 고체의 전기적 중성 조건을 준수하려면 양전하를 띤 다른 종류의 입자도 있어야 합니다. Drude는 보상하는 양전하가 움직이지 않는 훨씬 더 무거운 입자(이온)에 속한다고 제안했습니다. Drude 당시에는 왜 금속에 자유 전자와 양전하를 띤 이온이 있는지, 그리고 이러한 이온이 무엇인지 명확하지 않았습니다. 고체의 양자 이론만이 이러한 질문에 대한 답을 줄 수 있습니다. 그러나 많은 물질의 경우 전자 가스는 금속에서 "해방"되어 금속을 통해 자유롭게 이동할 수 있는 핵에 약하게 결합된 외부 원자가 전자로 구성되는 반면 내부 전자가 있는 원자핵으로 구성된다고 간단하게 가정할 수 있습니다. 껍질(원자핵)은 변하지 않고 남아 있으며 드루드 이론의 고정된 양이온 역할을 합니다.

금속의 전류

모든 금속은 전류의 전도체이며 노드가 양이온의 중심과 일치하는 공간 결정 격자로 구성되며 자유 전자는 이온 주위에서 무작위로 움직입니다.

금속 전도도에 대한 전자 이론의 기초.

금속은 다음 모델로 설명할 수 있습니다. 이온의 결정 격자는 자유 전자로 구성된 이상적인 전자 가스에 잠겨 있습니다. 대부분의 금속에서 각 원자는 이온화되어 있으므로 자유 전자의 농도는 원자 10 23 - 10 29 m -3의 농도와 거의 같으며 온도에 거의 의존하지 않습니다.
금속의 자유 전자는 연속적으로 무질서하게 움직입니다.
금속의 전류는 자유 전자의 규칙적인 이동으로 인해 형성됩니다.
결정 격자의 노드에서 진동하는 이온과 충돌하면 전자가 과도한 에너지를 제공합니다. 이것이 전류가 흐를 때 전도체가 가열되는 이유입니다.

금속의 전류.

초전도성

절대온도 0도가 아닌 온도에서 저항률이 0이 되는 현상을 초전도라고 한다. 절대 영도가 아닌 특정 온도에서 초전도 상태로 통과하는 능력을 나타내는 물질을 초전도체라고 합니다.

초전도체에서 전류의 통과는 에너지 손실 없이 발생하므로 초전도체 고리에서 일단 여기되면 전류는 변화 없이 무한정 존재할 수 있습니다.

초전도 물질은 이미 전자석에 사용되고 있습니다. 초전도 전력선을 만드는 연구가 진행 중이다.

1986년 란타늄, 바륨, 구리 및 산소의 화합물인 세라믹의 초전도성이 발견됨에 따라 초전도 현상을 광범위하게 적용하는 것이 현실이 될 수 있습니다. 이러한 세라믹의 초전도성은 약 100K의 온도까지 유지됩니다.

잘했어 얘들아! 그들은 훌륭한 일을 했습니다. 좋은 프레젠테이션이 되었습니다. 강의 감사합니다!

문학.

Gorbushin Sh.A. 중등 학교 과정의 물리학 연구를 위한 참고 사항. -Izhevsk "Udmurtia", 1992.
Lanina I.Ya. 물리학 수업에서 학생들의 인지적 관심 형성: 교사를 위한 책. – M.: 깨달음, 1985.
현대 학교의 물리학 수업. 교사를 위한 창의적인 검색: 교사를 위한 책 / Comp. E.M. Braverman / 편집: V.G. Razumovsky.- M.: Enlightenment, 1993
Digelev F.M. 물리학의 역사와 제작자의 삶에서 : 학생을위한 책 - M .: Education, 1986.
Kartsev V.L. 위대한 방정식의 모험 - 3 판 - M .: Knowledge, 1986. (멋진 아이디어의 삶).

수업 주제 금속의 전류.

통제와 반복의 요소로 새로운 것을 배우는 수업.

장비: 온도에 따른 저항의 변화에 대한 실험을 위한 프레젠테이션, 설치.

목표와 목적. 1. 금속 전도도에 대한 전자 이론의 기초 지식, 실험적 입증 및 실제 이론 적용에 대한 지식을 형성합니다.

2. 초전도 현상에 대한 이야기로 학생들의 지평을 넓힌다.

3. 문제 해결에서 온도에 대한 저항의 의존성에 대한 지식을 적용하는 방법을 배웁니다.

4. 고체 물리학 분야의 발견 역사에 익숙해짐으로써 애국심을 고취시킵니다.

강의 계획. (슬라이드 기준)

1. 오늘 수업에서.

2. 반복하자. 새로운 것을 배울 때 지식이 필요한 질문이 주어집니다.

3. 새로운 연구: a) 다양한 물질의 전기 전도도 b) 금속의 전하 운반체 특성; c) 금속의 전기 전도도 이론; d) 온도에 대한 저항의 의존성; e) 저항 온도계; f) 초전도성과 그 응용.

4. 제어 테스트. (마우스 클릭 후 확인).

5. 고정. 온도에 대한 저항의 의존성에 대해 세 가지 문제가 제안됩니다. 답변은 마우스 클릭 후 나타납니다. 학생들은 표에서 필요한 상수 매개변수를 가져옵니다.

문서 내용 보기
" "금속의 전류"수업 프레젠테이션, 10 학년."

금속의 전류

Savvateeva Svetlana Nikolaevna, 물리학 교사, Tver 지역 Bologovsky 지역의 MBOU "Kemetskaya 중등 학교".

오늘 수업에서

비밀이 분명해집니다. "금속의 현재 캐리어"라는 개념 뒤에 숨겨진 것은 무엇입니까?

금속의 전기 전도도에 대한 고전 이론의 어려움은 무엇입니까?

백열전구는 왜 끊어지나요?

전원을 켰을 때 왜 소진됩니까?

저항력을 잃는 방법?

반복하다

전류란 무엇입니까?
전류가 존재하기 위한 조건은 무엇입니까?
현재의 어떤 행동을 알고 있습니까?
전류의 방향은 무엇입니까?
전기 회로의 전류 값은 얼마입니까?
전류의 단위는 무엇입니까?
현재 강도는 어떤 양에 의존합니까?
도체의 전류 전파 속도는 얼마입니까?
전자의 정렬된 이동 속도는 얼마입니까?
저항은 전류와 전압에 의존합니까?
체인의 한 부분과 전체 체인에 대해 옴의 법칙이 어떻게 공식화됩니까?

금속의 전하 운반체의 특성

Rikke의 경험(독일어) - 1901년! M = const, 이들은 이온이 아닙니다!

만델스탐과 파팔렉시(1913년)

스튜어트와 톨먼(1916)

전류의 방향으로 -

에 의해 І J I - q ⁄ m = e ⁄ m)은 전자!

금속의 전류는 전자의 방향성 이동입니다.

금속의 전기 전도도 이론

P. 드루즈, 1900:

자유 전자 - "전자 가스";
전자는 뉴턴의 법칙에 따라 움직입니다.
자유 전자는 결정 이온과 충돌합니다. 격자;
충돌시 전자는 운동 에너지를 이온으로 전달합니다.
평균 속도는 강도에 비례하므로 전위차에 비례합니다.

R=에프( ρ, l, s, t)

저항 온도계

이점: 매우 낮거나 매우 높은 온도를 측정하는 데 도움이 됩니다.

초전도성

액체 헬륨의 수은

설명은 양자 이론을 기반으로 합니다.

D. Bardeen, L. Cooper, D. Schrieffer(미국) 및

N. Bogolyubov(1957년 공동 학생)

그리고:

고전류, 자기장 얻기;
손실 없는 전기 전송.

컨트롤 테스트

자유 전자는 금속에서 어떻게 이동합니까?

A. 엄격하게 정의된 순서대로. B. 무작위로. B. 질서정연하다.

자유 전자는 전기장의 작용에 따라 금속에서 어떻게 이동합니까?

A. 무질서. B. 질서정연하다. B. 전기장의 방향으로 주문한다. G. 전기장의 반대 방향으로 질서 정연하게.

. 금속 결정 격자의 노드에는 어떤 입자가 있으며 어떤 전하를 가지고 있습니까?

A. 음이온. B. 전자. B. 양이온.

전기 램프에 사용되는 전류의 효과는 무엇입니까?

A. 자기. B. 열. 나. 화학. G. 빛과 열.

어떤 입자의 움직임을 도체의 전류 방향으로 간주합니까?

A.Elektronov. B. 음이온. B. 양전하.

전류가 흐르면 금속이 뜨거워지는 이유는 무엇입니까?

A. 자유전자는 서로 충돌한다. B. 자유전자는 이온과 충돌한다. B. 이온은 이온과 충돌한다.

금속이 냉각되면 저항은 어떻게 변합니까?

A. 증가합니다. B. 감소합니다. 나. 변하지 않는다.

1 . B.2.G. 3.B. 4.G. 5.B. 6.나. 7.B.

문제를 풀다

1. 23℃에서 전기 램프의 텅스텐 필라멘트의 전기 저항 °C는 4옴과 같습니다.

0°C에서 필라멘트의 전기 저항을 구하십시오.

(정답: 3.6옴)

2. 0°C에서 텅스텐 필라멘트의 전기 저항은 3.6옴입니다. 전기 저항 찾기

2700K의 온도에서

(정답: 45.5옴)

3. 전선의 전기 저항은 20°C에서 25옴이고 60°C에서 20옴입니다. 찾다

전기 저항의 온도 계수.

(정답: 0.0045K¯¹)

금속의 전류 Savvateeva Svetlana Nikolaevna, 물리학 교사, Tver 지역 Bologovsky 지역의 MBOU "Kemetskaya 중등 학교". 오늘 수업에서 비밀이 분명해집니다. "금속의 현재 캐리어"라는 개념 뒤에 숨겨진 것은 무엇입니까?금속의 전기 전도도에 대한 고전 이론의 어려움은 무엇입니까? 백열전구는 왜 끊어지나요? 전원을 켰을 때 왜 소진됩니까?저항력을 잃는 방법? 반복하다

전류란 무엇입니까?
전류가 존재하기 위한 조건은 무엇입니까?
현재의 어떤 행동을 알고 있습니까?
전류의 방향은 무엇입니까?
전기 회로의 전류 값은 얼마입니까?
전류의 단위는 무엇입니까?
현재 강도는 어떤 양에 의존합니까?
도체의 전류 전파 속도는 얼마입니까?
전자의 정렬된 이동 속도는 얼마입니까?
저항은 전류와 전압에 의존합니까?
체인의 한 부분과 전체 체인에 대해 옴의 법칙이 어떻게 공식화됩니까?

다양한 물질의 전기 전도도

만델스탐과 파팔렉시(1913년)

스튜어트와 톨먼(1916)

전류의 방향으로 -< 0

І J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) 이들은 전자입니다!

Rikke의 경험(독일어) - 1901년! M = const, 이들은 이온이 아닙니다!

금속의 전하 운반체의 특성

금속의 전류는 전자의 방향성 이동입니다.

금속의 전기 전도도 이론

P. 드루즈, 1900:

자유 전자 - "전자 가스";
전자는 뉴턴의 법칙에 따라 움직입니다.
자유 전자는 결정 이온과 충돌합니다. 격자;
충돌시 전자는 운동 에너지를 이온으로 전달합니다.
평균 속도는 강도에 비례하므로 전위차에 비례합니다.

R= 에프(ρ, l, s, t)

저항 온도계

이점: 매우 낮거나 매우 높은 온도를 측정하는 데 도움이 됩니다.

초전도성 액체 헬륨의 수은

설명은 양자 이론을 기반으로 합니다.

D. Bardeen, L. Cooper, D. Schrieffer(미국) 및

N. Bogolyubov(1957년 공동 학생)

초전도의 응용!

고전류, 자기장 얻기;
손실 없는 전기 전송.

컨트롤 테스트

자유 전자는 금속에서 어떻게 이동합니까?
자유 전자는 전기장의 작용에 따라 금속에서 어떻게 이동합니까?
.금속의 결정 격자 노드에는 어떤 입자가 있으며 어떤 전하를 가지고 있습니까?
전기 램프에 사용되는 전류의 효과는 무엇입니까?
어떤 입자의 움직임을 도체의 전류 방향으로 간주합니까?
전류가 흐르면 금속이 뜨거워지는 이유는 무엇입니까?
금속이 냉각되면 저항은 어떻게 변합니까?

1. B. 2. D. 3.B. 4.G. 5.B. 6.나. 7.B.

문제를 풀다

1. 23 ° C의 온도에서 전기 램프의 텅스텐 필라멘트의 전기 저항은 4 옴입니다.

0°C에서 필라멘트의 전기 저항을 구하십시오.

(정답: 3.6옴)

2. 0°C에서 텅스텐 필라멘트의 전기 저항은 3.6옴입니다. 전기 저항 찾기

2700K의 온도에서

(정답: 45.5옴)

3. 전선의 전기 저항은 20°C에서 25옴이고 60°C에서 20옴입니다. 찾다

전기 저항의 온도 계수.

금속의 전류란?

금속의 전류 -그것은 전기장의 작용 하에서 전자의 질서 있는 움직임이다. 실험에 따르면 전류가 금속 전도체를 통해 흐를 때 물질의 이동이 없으므로 금속 이온은 전하 이동에 참여하지 않습니다.

금속의 전류 특성

금속 도체의 전류는 가열을 제외하고 이러한 도체에 변화를 일으키지 않습니다.

금속에서 전도 전자의 농도는 매우 높습니다. 크기 순서대로 금속의 단위 부피당 원자 수와 같습니다. 금속의 전자는 끊임없이 움직입니다. 그들의 무작위 운동은 이상 기체 분자의 운동과 유사합니다. 이것은 금속의 전자가 일종의 전자 가스를 형성한다고 믿는 이유를 제공했습니다. 그러나 금속에서 전자의 무작위 이동 속도는 기체 분자의 속도보다 훨씬 빠릅니다.

E.RIKKE 체험

독일 물리학자인 Carl Rikke는 구리, 알루미늄 및 다시 구리와 같이 서로 눌린 세 개의 광택 실린더를 통해 1 년 동안 전류가 흐르는 실험을 수행했습니다. 완료 후 고체에서 원자의 일반적인 확산 결과를 초과하지 않는 금속의 상호 침투 흔적이 미미한 것으로 나타났습니다. 높은 정확도로 수행된 측정은 각 실린더의 질량이 변하지 않은 것으로 나타났습니다. 구리와 알루미늄 원자의 질량은 서로 크게 다르기 때문에 전하 캐리어가 이온이라면 실린더의 질량이 눈에 띄게 변해야 합니다. 따라서 금속의 자유 전하 캐리어는 이온이 아닙니다. 실린더를 통과한 거대한 전하는 구리와 알루미늄에서 동일한 입자에 의해 운반된 것으로 보입니다. 금속에서 전류를 전달하는 것이 자유 전자라고 가정하는 것은 당연합니다.

칼 빅토르 에두아르드 리케

경험 L.I. MANDELSHTAMA 및 N.D. 파팔렉시

러시아 과학자 L. I. Mandelstam과 N. D. Papaleksi는 1913년에 독창적인 실험을 했습니다. 와이어가 있는 코일이 다른 방향으로 꼬이기 시작했습니다. 긴장을 풀고 시계 방향으로 돌린 다음 갑자기 멈추고 뒤로 돌아갑니다. 그들은 다음과 같이 추론했습니다. 전자가 실제로 질량을 가지고 있다면 코일이 갑자기 멈출 때 전자는 얼마 동안 관성에 의해 계속 움직여야 합니다. 그래서 일어났습니다. 우리는 전화를 전선 끝에 연결하고 소리를 들었습니다. 이는 전류가 흐르고 있음을 의미합니다.

만델스탐 레오니드 이사코비치

니콜라이 드미트리예비치 교황청 (1880-1947)

T. STUART와 R. TOLMAN의 경험

Mandelstam과 Papaleksi의 경험은 1916년 미국 과학자 Tolman과 Stuart에 의해 반복되었습니다.

얇은 와이어를 많이 감은 코일이 축을 중심으로 빠르게 회전했습니다. 코일의 끝은 민감한 탄도 검류계에 유연한 와이어로 연결되었습니다. 꼬이지 않은 코일이 급격히 감속되었고 전하 캐리어의 관성으로 인해 회로에 단기 전류가 발생했습니다. 회로를 통해 흐르는 총 전하는 검류계 바늘의 편향으로 측정되었습니다.

버틀러 스튜어트 토마스

리차드 체이스 톨먼

고전전자이론

전자가 금속의 전류에 책임이 있다는 가정은 Stewart와 Tolman의 실험 이전에도 존재했습니다. 1900 년 독일 과학자 P. Drude는 금속에 자유 전자가 존재한다는 가설을 바탕으로 금속 전도도에 대한 전자 이론을 만들었습니다. 고전 전자 이론 . 이 이론에 따르면 금속의 전자는 이상 기체와 마찬가지로 전자 기체처럼 행동합니다. 금속의 결정 격자를 형성하는 이온 사이의 공간을 채웁니다.

그림은 금속의 결정 격자에서 자유 전자 중 하나의 궤적을 보여줍니다.

이론의 주요 조항:

금속에 많은 수의 전자가 존재하면 우수한 전도성에 기여합니다.
외부 전기장의 작용으로 전자의 무작위 운동에 규칙적인 운동이 중첩됩니다. 전류가 발생합니다.
금속 도체를 통해 흐르는 전류의 강도는 다음과 같습니다.
다른 물질의 내부 구조가 다르기 때문에 저항도 다릅니다.
물질 입자의 혼란스러운 움직임이 증가함에 따라 신체가 가열됩니다. 열 방출. 여기서 Joule-Lenz 법칙이 준수됩니다.

l \u003d e * n * S * Ū d

금속 및 합금의 초전도성

일부 금속 및 합금은 특정 값(임계 온도) 미만의 온도에 도달하면 전기 저항이 완전히 0이 되는 특성인 초전도성을 가지고 있습니다.

초전도 현상은 1911년 네덜란드 물리학자 H. Kamerling - Ohness가 수은(T cr = 4.2 o K)에서 발견했습니다.

전류 애플리케이션:

강한 자기장을 받는
소스에서 소비자로 전기 전송
가열 장치의 발전기, 전기 모터 및 가속기의 초전도 권선이 있는 강력한 전자석

현재 에너지 분야에서는 전선을 통해 전기를 전송하는 동안 큰 손실과 관련된 큰 문제가 있습니다.

문제에 대한 가능한 해결책:

송전선 추가 건설 - 단면적이 큰 전선 교체 - 전압 상승 - 위상 분할

금속의 전류

슬라이드 2

전자 전도도 이론의 기초 20세기 초 금속 전도도에 대한 고전 전자 이론이 만들어졌습니다(P. Drude, 1900, H. Lorenz, 1904). 금속의 전기적 및 열적 특성. Paul Drude Karl Ludwig - 독일 물리학자 Hendrik Anton Lorenz - 네덜란드 물리학자

슬라이드 3

전자의 운동은 고전역학의 법칙을 따른다. 전자는 서로 상호 작용하지 않습니다. 전자는 결정 격자의 이온과만 상호 작용하며 이 상호 작용은 충돌로 축소됩니다. 충돌 사이의 간격에서 전자는 자유롭게 움직입니다. 전도 전자는 이상 기체와 같은 "전자 기체"를 형성합니다. "전자 가스"는 이상 기체의 법칙을 따릅니다. 모든 충돌에서 전자는 축적된 모든 에너지를 전달합니다. 고전 전자 이론 Drude - Lorentz.

슬라이드 4

금속의 전류 금속 결정 격자의 이온은 전류 생성에 참여하지 않습니다. 전류가 흐르는 동안 그들의 움직임은 관찰되지 않는 도체를 따라 물질의 이동을 의미합니다. 예를 들어, E. Rikke(1901)의 실험에서 전도체의 질량과 화학적 조성은 연중 전류가 흐르는 동안 변하지 않았습니다.

슬라이드 5

결론 : 물질 이동이 없습니다 \u003d\u003e 1) 금속 이온은 전하 이동에 참여하지 않습니다. 2) 전하 캐리어 - 모든 금속을 구성하는 입자 Rikke 1901의 경험

슬라이드 6: 전자는 서로 상호 작용하지 않고 결정 격자의 이온과 상호 작용합니다. 충돌할 때마다 전자는 운동 에너지를 전달합니다.

슬라이드 7

금속의 전류가 자유 전자에 의해 생성된다는 실험적 증거는 L.I. Mandelstam 및 N. D. Papaleksi(1913, 결과는 게시되지 않음), T. Stewart 및 R. Tolman(1916). 그들은 빠르게 회전하는 코일이 갑자기 멈출 때 코일의 도체에서 음전하를 띤 입자인 전자에 의해 생성되는 전류가 발생한다는 것을 발견했습니다.

슬라이드 8

Mandelstam과 Papaleksi의 경험 결론: 전하 운반체는 관성에 의해 움직인다 1913

슬라이드 9

Tolman 및 Stewart의 경험 결론: 금속의 전하 캐리어는 음전하 입자입니다. 관계 => 금속의 전류는 전자의 이동에 기인한다 1916

슬라이드 10: 이온은 결정 격자의 노드인 평형 위치 근처에서 열 진동을 만듭니다. 자유 전자는 무작위로 움직이며 이동하는 동안 결정 격자의 이온과 충돌합니다.

슬라이드 11

금속 전도체는 평형 위치 주변에서 진동하는 양전하 이온과 2) 전도체 전체 부피를 통해 이동할 수 있는 자유 전자로 구성됩니다. 전기장이 없는 금속에서는 전도 전자가 무작위로 움직이며 대부분 결정 격자의 이온과 충돌합니다. 이러한 전자들의 총체는 대략 이상기체의 법칙을 따르는 일종의 전자가스라고 볼 수 있다. 실온에서 전자의 평균 열 운동 속도는 약 105m/s입니다.

슬라이드 12

온도에 대한 도체 저항 R의 의존성: 가열되면 도체의 치수는 거의 변하지 않지만 주로 저항률이 변합니다. 도체의 비저항은 온도에 따라 달라집니다. 여기서 rho는 0도에서의 비저항, t는 온도, 저항의 온도 계수(즉, 도체가 1도 가열될 때 도체의 비저항의 상대적인 변화)입니다.

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모든 금속 도체의 경우 α > 0이고 온도에 따라 약간 변합니다. 0 ° ~ 100 °C의 온도 범위에 있는 대부분의 금속에 대해 계수 α는 3.3⋅10–3에서 6.2⋅10–3 K–1까지 다양합니다(표 1). 화학적으로 순수한 금속에는 망가닌과 콘스탄탄과 같이 가열해도 저항이 실질적으로 변하지 않는 특수 합금이 있습니다. 저항 온도 계수는 매우 낮으며 각각 1⋅10–5 K–1 및 5⋅10–5 K–1입니다.

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따라서 금속 도체의 경우 온도가 상승하면 저항률이 증가하고 도체의 저항이 증가하며 회로의 전류가 감소합니다. 온도 변화에 따른 도체의 저항은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다. R = Ro(1 + t) 여기서 Ro는 섭씨 0도에서 도체의 저항입니다. t는 도체의 온도 - 저항의 온도 계수입니다.

슬라이드 15: 도체 저항

저항은 전하의 방향성 이동에 대한 도체의 저항 정도를 나타내는 물리량입니다. 비저항은 단위 길이와 단위 단면적을 갖는 원통형 도체의 저항입니다. 초전도성은 특정 임계 온도 (T cr)-저항률,-도체 길이, S-단면적 \u003d (1 + Δ T)-t에서의 저항률에서 0에 대한 급격한 저항 감소로 구성된 물리적 현상입니다 \u003d 20 0 С; - 저항의 온도 계수 = 1/273 0 K -1 ∆ T - 온도 변화 T, K 0 금속 초전도체 T cr 293

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많은 전도체의 특성인 초전도성은 주어진 물질의 특성인 특정 임계 온도 Tk 아래로 냉각될 때 전기 저항이 갑자기 0으로 떨어진다는 사실로 구성됩니다. C. 25개 이상의 금속 원소, 다수의 합금 및 금속간 화합물, 일부 반도체에서 발견됩니다.

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1911년 네덜란드의 물리학자 Kamerling-Onnes는 수은이 액체 헬륨에서 냉각될 때 저항이 먼저 점진적으로 변한 다음 4.2K의 온도에서 급격히 0으로 떨어지는 것을 발견했습니다.

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G. Kamerlingh-Onnes는 "저온에서의 물질 특성 연구"로 1913년에 노벨 물리학상을 수상했습니다. 나중에 25개 이상의 화학 원소(매우 낮은 온도에서 금속이 초전도체가 됨)가 발견되었습니다. 그들 각각은 저항이 0인 상태로의 고유한 임계 전이 온도를 가지고 있습니다. 텅스텐의 최저값은 0.012K이고 니오븀의 최고값은 9K입니다. 초전도성은 순수 금속뿐만 아니라 많은 화합물 및 합금에서도 관찰됩니다. 이 경우 초전도 화합물의 일부인 원소 자체는 초전도체가 아닐 수 있습니다. 예를 들어 NiBi, Au2Bi, PdTe, PtSb 등이 있습니다. 1986년까지 초전도체는 -259°C 이하의 매우 낮은 온도에서 이 특성을 갖는 것으로 알려져 있었습니다. 1986-1987년에 약 -173 °C의 초전도 상태로의 전이 온도를 가진 물질이 발견되었습니다. 이 현상을 고온 초전도 현상이라고 하며, 이를 관찰하기 위해 액체 헬륨 대신 액체 질소를 사용할 수 있다.

슬라이드 19: 초전도

학자 V.L. 초전도에 대한 연구로 노벨상을 받은 Ginzburg

슬라이드 20: 금속 및 합금의 초전도성

T = 0K에 가까운 온도에서 많은 금속 및 합금의 경우 저항률이 급격히 감소합니다. 이 현상을 금속의 초전도성이라고합니다. 1911년 네덜란드 물리학자 H. Kamerling - Ohness가 수은(T cr = 4.2 o K)에서 발견했습니다. 티피 0

슬라이드 21: 일반 정보

금속의 약 절반과 수백 개의 합금이 초전도 특성을 가지고 있습니다. 초전도 특성은 결정 구조의 유형에 따라 다릅니다. 이를 변경하면 물질을 일반 상태에서 초전도 상태로 옮길 수 있습니다. 초전도 상태로 들어가는 원소의 동위원소 임계 온도는 다음 관계에 의해 동위원소의 질량과 관련됩니다. Te (Me) 1/2 = const(동위원소 효과) 강한 자기장은 초전도 효과를 파괴합니다. 따라서 자기장에 놓이면 초전도 특성이 사라질 수 있습니다.

슬라이드 22: 불순물에 대한 반응

초전도체에 불순물을 도입하면 초전도 상태로의 전이의 선명도가 감소합니다. 일반 금속에서는 약 10-12초 후에 전류가 사라집니다. 초전도체에서 전류는 수년(이론적으로 105년!) 동안 순환할 수 있습니다.

슬라이드 23: 초전도성의 물리적 특성

초전도 현상은 양자 개념의 도움을 통해서만 이해되고 입증될 수 있으며, 1957년 미국 과학자 J. Bardin, L. Cooper, J. Schrieffer 및 소련 학자 N.N. Bogolyubov. 1986년에 란탄, 바륨 및 기타 원소 화합물의 고온 초전도성이 발견되었습니다(T = 100 0 K는 액체 질소의 끓는점입니다).

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그러나 제로 저항이 초전도성의 유일한 특징은 아닙니다. Drude 이론에서 금속의 전도성은 온도가 감소함에 따라 증가한다는 것, 즉 전기 저항이 0이 되는 경향이 있다는 것도 알려져 있습니다.

움직이지 않는 초전도체에서 시작하여 자석은 스스로 뜨고 외부 조건이 초전도체 단계에서 벗어날 때까지 계속 상승합니다. 이 효과의 결과로 초전도체에 접근하는 자석은 정확히 같은 크기의 역극성 자석을 "보게" 되어 부상을 일으킵니다.

슬라이드 27: 초전도의 응용

1. 장기간에 걸쳐 전기를 소모하지 않고 자기장을 발생시키는 초전도 권선을 이용한 강력한 전자석이 만들어지고 있다. 열 방출이 발생하지 않습니다. 2. 초전도 자석은 소립자 가속기, 자기 유체 역학 및 자기장에서 움직이는 뜨거운 이온화 가스 제트의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기에 사용됩니다. 3. 가까운 장래에 고온 초전도성은 무선 전자 및 무선 공학의 기술 혁명으로 이어질 것입니다. 4. 상온에서 초전도체를 만들 수 있다면 발전기와 전기 모터가 극도로 콤팩트해지고 손실 없이 장거리 전기 전송이 가능해질 것입니다.