rumah › Menyejukkan › Fizik am. Arus elektrik dalam logam

Fizik am. Arus elektrik dalam logam

kelas: 11

Persembahan untuk pelajaran

Belakang ke hadapan

Perhatian! Pratonton slaid adalah untuk tujuan maklumat sahaja dan mungkin tidak mewakili tahap penuh pembentangan. Jika anda berminat dengan kerja ini, sila muat turun versi penuh.

Objektif Pelajaran:

Untuk mendedahkan konsep sifat fizikal arus elektrik dalam logam, pengesahan eksperimen teori elektronik;

Meneruskan pembentukan idea saintifik semula jadi mengenai topik yang dikaji

Buat syarat untuk pembentukan minat kognitif, aktiviti pelajar

Pembentukan kemahiran;

Pembentukan komunikasi komunikatif.

Peralatan: Kompleks interaktif SMART Board Notebook, rangkaian kawasan tempatan komputer, Internet.

Kaedah pengajaran pelajaran: digabungkan.

Epigraf pelajaran:

Berusaha untuk memahami sains dengan lebih mendalam,
Rindu pada ilmu yang kekal abadi.
Hanya pengetahuan pertama yang akan menyinari anda cahaya,
Anda akan tahu: tiada had untuk pengetahuan.

Ferdowsi
(Penyair Parsi dan Tajik, 940-1030)

Pelan pembelajaran.

I. Momen penganjuran

II. Kerja berkumpulan

III. Perbincangan keputusan, pemasangan pembentangan

IV. Refleksi

V. Kerja rumah

Semasa kelas

Apa khabar semua! Duduk. Hari ini kami akan bekerja dalam kumpulan.

Tugas untuk kumpulan:

I. Sifat fizikal cas dalam logam.

II. Pengalaman K. Rikke.

III. Pengalaman Stuart, Tolman. Pengalaman Mandelstam, Papaleksi.

IV. Teori Drude.

V. Ciri volt-ampere logam. Hukum Ohm.

VI. Kebergantungan rintangan konduktor pada suhu.

VII. Superkonduktiviti.

1. Kekonduksian elektrik ialah keupayaan bahan untuk mengalirkan arus elektrik di bawah pengaruh medan elektrik luar.

Mengikut sifat fizikal cas - pembawa arus elektrik, kekonduksian elektrik dibahagikan kepada:

A) elektronik

B) ionik

B) bercampur.

2. Bagi setiap bahan di bawah keadaan tertentu, pergantungan tertentu kekuatan semasa pada beza keupayaan adalah ciri.

Mengikut kerintangan bahan, adalah kebiasaan untuk membahagikannya kepada:

A) konduktor (ms< 10 -2 Ом*м)

B) dielektrik (p\u003e 10 -8 Ohm * m)

C) semikonduktor (10 -2 Ohm * m> p> 10 -8 Ohm * m)

Walau bagaimanapun, pembahagian sedemikian adalah bersyarat, kerana di bawah pengaruh beberapa faktor (pemanasan, penyinaran, kekotoran), kerintangan bahan dan ciri volt-amperenya berubah, dan kadangkala sangat ketara.

3. Pembawa cas bebas dalam logam ialah elektron. Dibuktikan oleh eksperimen klasik K. Rikke (1901) - ahli fizik Jerman; L.I. Mandelstam dan N. D. Papaleksi (1913) - rakan senegara kita; T. Stewart dan R. Tolman (1916) - ahli fizik Amerika.

Pengalaman K. Rikke

Rikke melipat tiga silinder pra-wajaran (dua kuprum dan satu aluminium) dengan hujung yang digilap supaya yang aluminium berada di antara yang kuprum. Kemudian silinder disambungkan ke litar DC: arus besar melaluinya pada tahun itu. Pada masa itu, cas elektrik bersamaan dengan kira-kira 3.5 juta C melalui silinder elektrik. Interaksi sekunder silinder, yang dijalankan dengan sehingga 0.03 mg, menunjukkan bahawa jisim silinder tidak berubah akibat daripada eksperimen. Apabila memeriksa hujung yang bersentuhan di bawah mikroskop, didapati hanya terdapat sedikit kesan penembusan logam, yang tidak melebihi keputusan resapan biasa atom dalam pepejal. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa ion tidak mengambil bahagian dalam pemindahan cas dalam logam.

L.I. Mandelstam

N. . Papalexy

Pengalaman L. I. Mandelstam dan N. D. Papaleksi

Saintis Rusia L. I. Mandelstam (1879-1949; pengasas sekolah fizik radio) dan N. D. Papaleksi (1880-1947; ahli fizik Soviet terbesar, ahli akademik, pengerusi Majlis Saintifik All-Union untuk Fizik Radio dan Kejuruteraan Radio di bawah Akademi Sains USSR) pada tahun 1913 menyampaikan pengalaman asal. Mereka mengambil gegelung wayar dan mula memutarkannya ke arah yang berbeza.

Bersantai, sebagai contoh, mengikut arah jam, kemudian berhenti secara tiba-tiba dan - belakang.

Mereka membuat alasan seperti ini: jika elektron benar-benar mempunyai jisim, maka apabila gegelung tiba-tiba berhenti, elektron harus terus bergerak dengan inersia untuk beberapa waktu. Pergerakan elektron melalui wayar adalah arus elektrik. Seperti yang dirancang, ia berlaku. Kami menyambungkan telefon ke hujung wayar dan mendengar bunyi. Sebaik sahaja bunyi didengari dalam telefon, oleh itu, arus mengalir melaluinya.

T. Stewart

Pengalaman T. Stewart dan R. Tolman

Mari kita ambil gegelung yang boleh berputar di sekeliling paksinya. Hujung gegelung disambungkan ke galvanometer dengan cara sesentuh gelongsor. Jika gegelung, yang dalam putaran pantas, dibrek secara mendadak, maka elektron bebas dalam wayar akan terus bergerak dengan inersia, akibatnya galvanometer mesti mendaftarkan nadi semasa.

Teori Drude

Elektron dalam logam dianggap sebagai gas elektron, yang mana teori kinetik gas boleh digunakan. Adalah dipercayai bahawa elektron, seperti atom gas dalam teori kinetik, adalah sfera pepejal yang sama yang bergerak dalam garis lurus sehingga mereka berlanggar antara satu sama lain. Diandaikan bahawa tempoh satu perlanggaran boleh diabaikan, dan tiada daya lain bertindak antara molekul, kecuali yang timbul pada saat perlanggaran. Oleh kerana elektron adalah zarah bercas negatif, maka untuk mematuhi syarat neutraliti elektrik dalam pepejal, mesti ada juga zarah jenis yang berbeza - bercas positif. Drude mencadangkan bahawa cas positif mengimbangi tergolong dalam zarah (ion) yang lebih berat, yang dianggapnya tidak bergerak. Pada masa Drude, tidak jelas mengapa terdapat elektron bebas dan ion bercas positif dalam logam, dan apakah ion ini. Hanya teori kuantum pepejal boleh memberikan jawapan kepada soalan-soalan ini. Bagi kebanyakan bahan, bagaimanapun, seseorang hanya boleh menganggap bahawa gas elektron terdiri daripada elektron valens luaran yang terikat lemah pada nukleus, yang "dibebaskan" dalam logam dan dapat bergerak bebas melalui logam, manakala nukleus atom dengan elektron dalam. cengkerang (teras atom) kekal tidak berubah dan memainkan peranan ion positif tetap teori Drude.

Arus elektrik dalam logam

Semua logam adalah konduktor arus elektrik dan terdiri daripada kekisi kristal spatial, nodnya bertepatan dengan pusat ion positif, dan elektron bebas bergerak secara rawak di sekeliling ion.

Asas teori elektronik kekonduksian logam.

Logam boleh diterangkan oleh model berikut: kekisi kristal ion direndam dalam gas elektron ideal yang terdiri daripada elektron bebas. Dalam kebanyakan logam, setiap atom diionkan, jadi kepekatan elektron bebas adalah lebih kurang sama dengan kepekatan atom 10 23 - 10 29 m -3 dan hampir tidak bergantung pada suhu.
Elektron bebas dalam logam berada dalam gerakan huru-hara berterusan.
Arus elektrik dalam logam terbentuk hanya disebabkan oleh pergerakan tertib elektron bebas.
Berlanggar dengan ion yang bergetar pada nod kekisi kristal, elektron memberi mereka tenaga berlebihan. Inilah sebabnya mengapa konduktor menjadi panas apabila arus mengalir.

Arus elektrik dalam logam.

Superkonduktiviti

Fenomena mengurangkan kerintangan kepada sifar pada suhu selain daripada sifar mutlak dipanggil superkonduktiviti. Bahan yang menunjukkan keupayaan untuk melepasi pada suhu tertentu selain sifar mutlak ke dalam keadaan superkonduktor dipanggil superkonduktor.

Laluan arus dalam superkonduktor berlaku tanpa kehilangan tenaga, oleh itu, sekali teruja dalam gelang superkonduktor, arus elektrik boleh wujud selama-lamanya tanpa perubahan.

Bahan superkonduktor sudah digunakan dalam elektromagnet. Penyelidikan sedang dijalankan untuk mencipta talian kuasa superkonduktor.

Aplikasi fenomena superkonduktiviti dalam amalan luas mungkin menjadi realiti pada tahun-tahun akan datang kerana penemuan pada tahun 1986 tentang superkonduktiviti seramik - sebatian lanthanum, barium, kuprum dan oksigen. Superkonduktiviti seramik tersebut dikekalkan sehingga suhu kira-kira 100 K.

Syabas budak-budak! Mereka melakukan kerja yang sangat baik. Ternyata persembahan yang bagus. Terima kasih atas pengajaran!

kesusasteraan.

Gorbushin Sh.A. Nota rujukan untuk pengajian fizik bagi kursus sekolah menengah. - Izhevsk "Udmurtia", 1992.
Lanina I.Ya. Pembentukan minat kognitif pelajar dalam pelajaran fizik: Buku untuk guru. – M.: Pencerahan, 1985.
Pelajaran fizik di sekolah moden. Carian kreatif untuk guru: Buku untuk guru / Komp. E.M. Braverman / Disunting oleh V.G. Razumovsky.- M.: Pencerahan, 1993
Digelev F.M. Dari sejarah fizik dan kehidupan penciptanya: Buku untuk pelajar.- M .: Pendidikan, 1986.
Kartsev V.L. Pengembaraan persamaan yang hebat - edisi ke-3 - M .: Pengetahuan, 1986. (Kehidupan idea yang indah).

Topik pelajaran.Arus elektrik dalam logam.

Satu pengajaran dalam mempelajari perkara baharu dengan elemen kawalan dan pengulangan.

Peralatan: pembentangan, pemasangan untuk eksperimen tentang perubahan rintangan bergantung pada suhu.

Matlamat dan objektif. 1. Untuk membentuk pengetahuan tentang asas-asas teori elektronik kekonduksian logam, bukti eksperimen dan aplikasi teori dalam amalan.

2. Meluaskan ufuk pelajar dengan cerita tentang fenomena superkonduktiviti.

3. Belajar mengaplikasikan pengetahuan tentang pergantungan rintangan pada suhu dalam menyelesaikan masalah.

4. Menimbulkan perasaan patriotik melalui membiasakan diri dengan sejarah penemuan dalam bidang fizik keadaan pepejal.

Pelan pembelajaran. (dengan slaid)

1.Hari ini pada pelajaran.

2. Mari kita ulangi. Soalan diberikan, pengetahuan yang diperlukan apabila mempelajari perkara baru.

3. Kajian baru: a) kekonduksian elektrik pelbagai bahan b) sifat pembawa cas dalam logam; c) teori kekonduksian elektrik logam; d) pergantungan rintangan pada suhu; e) termometer rintangan; f) superkonduktiviti dan aplikasinya.

4. Ujian kawalan. (Semak selepas klik tetikus).

5. Membaiki. Tiga masalah dicadangkan untuk pergantungan rintangan pada suhu. Jawapan muncul selepas klik tetikus. Pelajar mengambil parameter pemalar yang diperlukan daripada jadual.

Lihat kandungan dokumen
"Pembentangan untuk pelajaran "Arus elektrik dalam logam", Gred 10."

Arus elektrik dalam logam

Savvateeva Svetlana Nikolaevna, guru fizik, MBOU "sekolah menengah Kemetskaya" dari daerah Bologovsky di wilayah Tver.

HARI INI DALAM PELAJARAN

Rahsia menjadi jelas. Apakah yang tersembunyi di sebalik konsep "Pembawa semasa dalam logam"?

Apakah kesukaran teori klasik kekonduksian elektrik logam?

Mengapa mentol pijar terbakar?

Mengapa mereka terbakar apabila dihidupkan?

Bagaimana untuk kehilangan rintangan?

ULIKAN

Apakah arus elektrik?
Apakah syarat kewujudan arus?
Apakah tindakan semasa yang anda tahu?
Apakah arah arus?
Apakah nilai arus dalam litar elektrik?
Apakah unit arus?
Pada kuantiti apakah kekuatan semasa bergantung?
Berapakah kelajuan perambatan arus dalam konduktor?
Berapakah kelajuan pergerakan elektron tertib?
Adakah rintangan bergantung kepada arus dan voltan?
Bagaimanakah hukum Ohm dirumuskan untuk bahagian rantai dan untuk rantai lengkap?

SIFAT PEMBAWA CAS DALAM LOGAM

Pengalaman Rikke (Jerman) - 1901 Tahun! M = const, ini bukan ion!

Mandelstam dan Papaleksi (1913)

Stewart dan Tolman (1916)

Dalam arah arus -

Oleh І J I - q ⁄ m = e ⁄ m) ialah elektron!

Arus elektrik dalam logam ialah pergerakan elektron terarah.

Teori kekonduksian elektrik logam

P. Druse, 1900:

elektron bebas - "gas elektronik";
elektron bergerak mengikut hukum Newton;
elektron bebas berlanggar dengan ion kristal. jeriji;
apabila perlanggaran, elektron memindahkan tenaga kinetik mereka kepada ion;
kelajuan purata adalah berkadar dengan keamatan dan, oleh itu, beza keupayaan;

R=f( ρ, l, s, t)

termometer rintangan

Faedah: Membantu mengukur suhu yang sangat rendah dan sangat tinggi.

superkonduktiviti

Merkuri dalam helium cecair

Penjelasan adalah berdasarkan teori kuantum.

D. Bardeen, L. Cooper, D. Schrieffer (Amer.) dan

N. Bogolyubov (pelajar bersama pada tahun 1957)

Dan:

mendapatkan arus tinggi, medan magnet;
penghantaran elektrik tanpa kehilangan.

ujian kawalan

Bagaimanakah elektron bebas bergerak dalam logam?

A. Dalam susunan yang ditetapkan dengan ketat. B. Secara rawak. B. Tertib.

Bagaimanakah elektron bebas bergerak dalam logam di bawah tindakan medan elektrik?

A. Tidak teratur. B. Tertib. B. Disusun mengikut arah medan elektrik. G. Tertib dalam arah yang bertentangan dengan medan elektrik.

. Apakah zarah-zarah yang terletak di nod kekisi kristal logam dan apakah casnya?

A. Ion negatif. B. Elektron. B. Ion positif.

Apakah kesan arus elektrik yang digunakan dalam lampu elektrik?

A. Magnet. B. Terma. B. Kimia. G. Cahaya dan haba.

Pergerakan zarah yang manakah diambil sebagai arah arus dalam konduktor?

A.Elektronov. B. Ion negatif. B. Caj positif.

Mengapakah logam menjadi panas apabila arus dialirkan melaluinya?

A. Elektron bebas berlanggar antara satu sama lain. B. Elektron bebas berlanggar dengan ion. B. Ion berlanggar dengan ion.

Bagaimanakah rintangan logam berubah apabila ia disejukkan?

A. Bertambah. B. Berkurangan. B. Tidak berubah.

1 . B. 2.G. 3.B. 4.G. 5.B. 6.B. 7.B.

MENYELESAIKAN MASALAH

1. Rintangan elektrik filamen tungsten lampu elektrik pada suhu 23 °C bersamaan dengan 4 ohm.

Cari rintangan elektrik filamen pada 0°C.

(Jawapan: 3.6 ohm)

2. Rintangan elektrik filamen tungsten pada 0°C ialah 3.6 ohm. Cari rintangan elektrik

Pada suhu 2700 K.

(Jawapan: 45.5 ohm)

3. Rintangan elektrik wayar pada 20°C ialah 25 ohm, pada 60°C ialah 20 ohm. Cari

Pekali suhu rintangan elektrik.

(Jawapan: 0.0045 K¯¹)

Arus elektrik dalam logam Savvateeva Svetlana Nikolaevna, guru fizik, MBOU "sekolah menengah Kemetskaya" dari daerah Bologovsky di wilayah Tver. HARI INI DALAM PELAJARAN Rahsia menjadi jelas. Apakah yang tersembunyi di sebalik konsep "Pembawa semasa dalam logam"? Apakah kesukaran teori klasik kekonduksian elektrik logam? Mengapa mentol pijar terbakar? Mengapa mereka terbakar apabila dihidupkan? Bagaimana untuk kehilangan rintangan? ULIKAN

Apakah arus elektrik?
Apakah syarat kewujudan arus?
Apakah tindakan semasa yang anda tahu?
Apakah arah arus?
Apakah nilai arus dalam litar elektrik?
Apakah unit arus?
Pada kuantiti apakah kekuatan semasa bergantung?
Berapakah kelajuan perambatan arus dalam konduktor?
Berapakah kelajuan pergerakan elektron tertib?
Adakah rintangan bergantung kepada arus dan voltan?
Bagaimanakah hukum Ohm dirumuskan untuk bahagian rantai dan untuk rantai lengkap?

KONDAKTIVITI ELEKTRIK PELBAGAI BAHAN

Mandelstam dan Papaleksi (1913)

Stewart dan Tolman (1916)

Dalam arah arus -< 0

Oleh І J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) ini adalah elektron!

Pengalaman Rikke (Jerman) - 1901 Tahun! M = const, ini bukan ion!

SIFAT PEMBAWA CAS DALAM LOGAM

Arus elektrik dalam logam ialah pergerakan elektron terarah.

Teori kekonduksian elektrik logam

P. Druse, 1900:

elektron bebas - "gas elektronik";
elektron bergerak mengikut hukum Newton;
elektron bebas berlanggar dengan ion kristal. jeriji;
apabila perlanggaran, elektron memindahkan tenaga kinetik mereka kepada ion;
kelajuan purata adalah berkadar dengan keamatan dan, oleh itu, beza keupayaan;

R= f (ρ, l, s, t)

termometer rintangan

Faedah: Membantu mengukur suhu yang sangat rendah dan sangat tinggi.

superkonduktiviti Merkuri dalam helium cecair

Penjelasan adalah berdasarkan teori kuantum.

D. Bardeen, L. Cooper, D. Schrieffer (Amer.) dan

N. Bogolyubov (pelajar bersama pada tahun 1957)

Penggunaan superkonduktiviti!

mendapatkan arus tinggi, medan magnet;
penghantaran elektrik tanpa kehilangan.

ujian kawalan

Bagaimanakah elektron bebas bergerak dalam logam?
Bagaimanakah elektron bebas bergerak dalam logam di bawah tindakan medan elektrik?
.Apakah zarah-zarah yang terletak pada nod kekisi kristal logam dan apakah casnya?
Apakah kesan arus elektrik yang digunakan dalam lampu elektrik?
Pergerakan zarah yang manakah diambil sebagai arah arus dalam konduktor?
Mengapakah logam menjadi panas apabila arus dialirkan melaluinya?
Bagaimanakah rintangan logam berubah apabila ia disejukkan?

1. B. 2. D. 3.B. 4.G. 5.B. 6.B. 7.B.

MENYELESAIKAN MASALAH

1. Rintangan elektrik filamen tungsten lampu elektrik pada suhu 23 ° C ialah 4 ohm.

Cari rintangan elektrik filamen pada 0°C.

(Jawapan: 3.6 ohm)

2. Rintangan elektrik filamen tungsten pada 0°C ialah 3.6 ohm. Cari rintangan elektrik

Pada suhu 2700 K.

(Jawapan: 45.5 ohm)

3. Rintangan elektrik wayar pada 20°C ialah 25 ohm, pada 60°C ialah 20 ohm. Cari

Pekali suhu rintangan elektrik.

APA ITU ARUS ELEKTRIK DALAM LOGAM?

Arus elektrik dalam logam - ia adalah pergerakan tertib elektron di bawah tindakan medan elektrik. Eksperimen menunjukkan bahawa apabila arus mengalir melalui konduktor logam, tiada pemindahan jirim, oleh itu, ion logam tidak mengambil bahagian dalam pemindahan cas elektrik.

SIFAT ARUS ELEKTRIK DALAM LOGAM

Arus elektrik dalam konduktor logam tidak menyebabkan sebarang perubahan dalam konduktor ini, kecuali pemanasannya.

Kepekatan elektron pengaliran dalam logam adalah sangat tinggi: mengikut magnitud ia adalah sama dengan bilangan atom per unit isipadu logam. Elektron dalam logam sentiasa bergerak. Pergerakan rawak mereka menyerupai gerakan molekul gas ideal. Ini memberi alasan untuk mempercayai bahawa elektron dalam logam membentuk sejenis gas elektron. Tetapi kelajuan pergerakan rawak elektron dalam logam adalah lebih besar daripada kelajuan molekul dalam gas.

PENGALAMAN E.RIKKE

Ahli fizik Jerman Carl Rikke menjalankan eksperimen di mana arus elektrik mengalir selama setahun melalui tiga silinder bergilap yang ditekan antara satu sama lain - tembaga, aluminium dan sekali lagi tembaga. Selepas siap, didapati hanya terdapat sedikit kesan penembusan bersama logam, yang tidak melebihi hasil resapan biasa atom dalam pepejal. Pengukuran yang dijalankan dengan tahap ketepatan yang tinggi menunjukkan bahawa jisim setiap silinder kekal tidak berubah. Oleh kerana jisim atom kuprum dan aluminium berbeza dengan ketara antara satu sama lain, jisim silinder perlu berubah dengan ketara jika pembawa cas adalah ion. Oleh itu, pembawa caj percuma dalam logam bukanlah ion. Caj besar yang melalui silinder nampaknya dibawa oleh zarah yang sama dalam kedua-dua tembaga dan aluminium. Adalah wajar untuk menganggap bahawa ia adalah elektron bebas yang menjalankan arus dalam logam.

Carl Victor Eduard Rikke

PENGALAMAN L.I. MANDELSHTAMA dan N.D. PAPALEKSI

Para saintis Rusia L. I. Mandelstam dan N. D. Papaleksi pada tahun 1913 mengadakan eksperimen asal. Gegelung dengan wayar mula berpusing ke arah yang berbeza. Bersantai, mengikut arah jam, kemudian berhenti secara tiba-tiba dan - belakang. Mereka membuat alasan seperti ini: jika elektron benar-benar mempunyai jisim, maka apabila gegelung tiba-tiba berhenti, elektron harus terus bergerak dengan inersia untuk beberapa waktu. Dan begitulah ia berlaku. Kami menyambungkan telefon ke hujung wayar dan mendengar bunyi, yang bermaksud bahawa arus mengalir melaluinya.

Mandelstam Leonid Isaakovich

Nikolai Dmitrievich Papalexy (1880-1947)

PENGALAMAN T. STUART DAN R. TOLMAN

Pengalaman Mandelstam dan Papaleksi diulangi pada tahun 1916 oleh saintis Amerika Tolman dan Stuart.

Sebuah gegelung dengan bilangan lilitan dawai nipis yang banyak telah dibawa ke putaran pantas di sekeliling paksinya. Hujung gegelung disambungkan dengan wayar fleksibel kepada galvanometer balistik yang sensitif. Gegelung tidak berpusing telah dinyahpecut dengan mendadak, arus jangka pendek timbul dalam litar disebabkan oleh inersia pembawa cas. Jumlah cas yang mengalir melalui litar diukur dengan pesongan jarum galvanometer.

Butler Stuart Thomas

Richard Chase Tolman

TEORI ELEKTRONIK KLASIK

Andaian bahawa elektron bertanggungjawab untuk arus elektrik dalam logam wujud sebelum eksperimen Stewart dan Tolman. Pada tahun 1900, saintis Jerman P. Drude, berdasarkan hipotesis kewujudan elektron bebas dalam logam, mencipta teori elektroniknya tentang kekonduksian logam, dinamakan sempena teori elektronik klasik . Menurut teori ini, elektron dalam logam berkelakuan seperti gas elektron, sama seperti gas ideal. Ia mengisi ruang antara ion yang membentuk kekisi kristal logam

Rajah menunjukkan trajektori salah satu elektron bebas dalam kekisi kristal logam

PERUNTUKAN UTAMA TEORI:

Kehadiran sejumlah besar elektron dalam logam menyumbang kepada kekonduksian yang baik.
Di bawah tindakan medan elektrik luaran, gerakan tertib ditumpangkan pada gerakan rawak elektron, i.e. arus berlaku.
Kekuatan arus elektrik yang mengalir melalui konduktor logam ialah:
Oleh kerana struktur dalaman bahan yang berbeza adalah berbeza, rintangan juga akan berbeza.
Dengan peningkatan dalam gerakan huru-hara zarah bahan, badan dipanaskan, i.e. pelepasan haba. Di sini hukum Joule-Lenz diperhatikan:

l \u003d e * n * S * Ū d

SUPERKONDUKTIVITI LOGAM DAN ALOI

Sesetengah logam dan aloi mempunyai superkonduktiviti, sifat mempunyai rintangan elektrik sifar ketat apabila ia mencapai suhu di bawah nilai tertentu (suhu kritikal).

Fenomena superkonduktiviti ditemui oleh ahli fizik Belanda H. Kamerling - Ohness pada tahun 1911 dalam merkuri (T cr = 4.2 o K).

PERMOHONAN SEMASA ELEKTRIK:

menerima medan magnet yang kuat
penghantaran tenaga elektrik dari punca kepada pengguna
elektromagnet berkuasa dengan belitan superkonduktor dalam penjana, motor elektrik dan pemecut, dalam peranti pemanasan

Pada masa ini, terdapat masalah besar dalam sektor tenaga yang berkaitan dengan kerugian besar semasa penghantaran elektrik melalui wayar.

Penyelesaian yang mungkin untuk masalah:

Pembinaan talian penghantaran tambahan - penggantian wayar dengan keratan rentas yang besar - peningkatan voltan - pemisahan fasa

ARUS ELEKTRIK DALAM LOGAM

slaid 2

Asas teori kekonduksian elektronik Pada awal abad ke-20, teori elektronik klasik tentang kekonduksian logam telah dicipta (P. Drude, 1900, H. Lorenz, 1904), yang memberikan penjelasan ringkas dan visual tentang kebanyakan sifat elektrik dan haba logam. Paul Drude Karl Ludwig - ahli fizik Jerman Hendrik Anton Lorenz - ahli fizik Belanda

slaid 3

Pergerakan elektron mematuhi undang-undang mekanik klasik. Elektron tidak berinteraksi antara satu sama lain. Elektron berinteraksi hanya dengan ion kekisi kristal, interaksi ini dikurangkan kepada perlanggaran. Dalam selang waktu antara perlanggaran, elektron bergerak bebas. Elektron konduksi membentuk "gas elektron", seperti gas ideal. "Gas elektronik" mematuhi undang-undang gas ideal. Dalam sebarang perlanggaran, elektron memindahkan semua tenaga terkumpul. Teori elektronik klasik Drude - Lorentz.

slaid 4

Arus elektrik dalam logam Ion-ion kekisi kristal logam tidak mengambil bahagian dalam penciptaan arus. Pergerakan mereka semasa laluan arus bermakna pemindahan bahan di sepanjang konduktor, yang tidak diperhatikan. Sebagai contoh, dalam eksperimen E. Rikke (1901), jisim dan komposisi kimia konduktor tidak berubah semasa laluan arus pada tahun tersebut.

slaid 5

Kesimpulan: Tiada pemindahan jirim \u003d\u003e 1) Ion logam tidak mengambil bahagian dalam pemindahan cas elektrik. 2) Pembawa caj - zarah yang membentuk semua logam Pengalaman Rikke 1901

Slaid 6: Elektron tidak berinteraksi antara satu sama lain, tetapi dengan ion kekisi kristal. Dengan setiap perlanggaran, elektron memindahkan tenaga kinetiknya

Slaid 7

Bukti eksperimen bahawa arus dalam logam dicipta oleh elektron bebas diberikan dalam eksperimen L.I. Mandelstam dan N. D. Papaleksi (1913, hasilnya tidak diterbitkan), serta T. Stewart dan R. Tolman (1916). Mereka mendapati bahawa apabila gegelung berputar dengan pantas berhenti secara tiba-tiba, arus elektrik timbul dalam konduktor gegelung, yang dicipta oleh zarah bercas negatif - elektron.

Slaid 8

Pengalaman Mandelstam dan Papaleksi Kesimpulan: Pembawa cas elektrik bergerak secara inersia 1913

Slaid 9

Pengalaman Tolman dan Stewart Kesimpulan: Pembawa cas dalam logam ialah zarah bercas negatif. Hubungan => Arus elektrik dalam logam adalah disebabkan oleh pergerakan elektron 1916

Slaid 10: Ion membuat getaran haba, berhampiran kedudukan keseimbangan - nod kekisi kristal. Elektron bebas bergerak secara rawak dan berlanggar dengan ion kekisi kristal semasa pergerakannya.

slaid 11

Konduktor logam terdiri daripada: ion bercas positif yang berayun di sekeliling kedudukan keseimbangan, dan 2) elektron bebas yang boleh bergerak ke seluruh isipadu konduktor. Dalam logam, jika tiada medan elektrik, elektron pengaliran bergerak secara rawak dan berlanggar, selalunya dengan ion kekisi kristal. Keseluruhan elektron ini boleh dianggap sebagai sejenis gas elektron yang mematuhi undang-undang gas ideal. Kelajuan purata pergerakan haba elektron pada suhu bilik adalah kira-kira 105 m/s.

slaid 12

Kebergantungan rintangan konduktor R pada suhu: Apabila dipanaskan, dimensi konduktor berubah sedikit, tetapi terutamanya perubahan kerintangan. Rintangan spesifik konduktor bergantung pada suhu: di mana rho ialah rintangan spesifik pada 0 darjah, t ialah suhu, ialah pekali suhu rintangan (iaitu perubahan relatif dalam kerintangan konduktor apabila ia dipanaskan dengan satu darjah)

slaid 13

Untuk semua konduktor logam, α > 0 dan berubah sedikit mengikut suhu. Bagi kebanyakan logam dalam julat suhu dari 0 ° hingga 100 °C, pekali α berbeza daripada 3.3⋅10–3 hingga 6.2⋅10–3 K–1 (Jadual 1). Dalam logam kimia tulen, terdapat aloi khas, rintangan yang praktikalnya tidak berubah apabila dipanaskan, contohnya, manganin dan pemalar. Pekali rintangan suhu mereka adalah sangat rendah dan masing-masing sama dengan 1⋅10–5 K–1 dan 5⋅10–5 K–1.

Slaid 14

Oleh itu, untuk konduktor logam, dengan peningkatan suhu, kerintangan meningkat, rintangan konduktor meningkat, dan arus elektrik dalam litar berkurangan. Rintangan konduktor dengan perubahan suhu boleh dikira dengan formula: R = Ro (1 + t) di mana Ro ialah rintangan konduktor pada 0 darjah Celsius t ialah suhu konduktor - pekali suhu rintangan

Slaid 15: Rintangan konduktor

Rintangan ialah kuantiti fizik yang mencirikan tahap rintangan konduktor terhadap pergerakan cas yang diarahkan. Kerintangan ialah rintangan konduktor silinder dengan panjang unit dan luas keratan rentas unit. Superkonduktiviti adalah fenomena fizikal yang terdiri daripada penurunan mendadak dalam rintangan kepada sifar pada suhu kritikal tertentu (T cr) - kerintangan, - panjang konduktor, S - luas keratan rentas \u003d (1 + ∆ T) - kerintangan pada t \u003d 20 0 С; - pekali rintangan suhu = 1/273 0 K -1 ∆ T - perubahan suhu T, K 0 superkonduktor logam T cr 293

slaid 16

Superkonduktiviti, sifat banyak konduktor, yang terdiri daripada fakta bahawa rintangan elektriknya turun secara tiba-tiba kepada sifar apabila disejukkan di bawah suhu kritikal tertentu T k, ciri bahan tertentu. C. terdapat dalam lebih daripada 25 unsur logam, dalam sebilangan besar aloi dan sebatian antara logam, dan juga dalam beberapa semikonduktor.

Slaid 17

Pada tahun 1911, ahli fizik Belanda Kamerling-Onnes mendapati bahawa apabila merkuri disejukkan dalam helium cecair, rintangannya mula-mula berubah secara beransur-ansur, dan kemudian pada suhu 4.2 K turun mendadak kepada sifar.

Slaid 18

G. Kamerlingh-Onnes telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 1913 "untuk kajian sifat jirim pada suhu rendah." Kemudian didapati lebih daripada 25 unsur kimia - logam pada suhu yang sangat rendah menjadi superkonduktor. Setiap daripada mereka mempunyai suhu peralihan kritikal sendiri kepada keadaan dengan rintangan sifar. Nilai terendahnya untuk tungsten ialah 0.012 K, yang tertinggi untuk niobium ialah 9 K. Superkonduktiviti diperhatikan bukan sahaja dalam logam tulen, tetapi juga dalam banyak sebatian kimia dan aloi. Dalam kes ini, unsur-unsur itu sendiri, yang merupakan sebahagian daripada sebatian superkonduktor, mungkin bukan superkonduktor. Contohnya, NiBi, Au2Bi, PdTe, PtSb dan lain-lain. Sehingga tahun 1986, superkonduktor diketahui mempunyai sifat ini pada suhu yang sangat rendah, di bawah -259°C. Pada tahun 1986-1987, bahan dengan suhu peralihan kepada keadaan superkonduktor kira-kira -173 °C telah ditemui. Fenomena ini dipanggil superkonduktiviti suhu tinggi, dan nitrogen cecair boleh digunakan sebagai ganti helium cecair untuk memerhatikannya.

Slaid 19: Superkonduktiviti

Ahli akademik V.L. Ginzburg, pemenang Nobel untuk kerjanya mengenai superkonduktiviti

Slaid 20: Superkonduktiviti logam dan aloi

Bagi kebanyakan logam dan aloi pada suhu yang hampir dengan T = 0 K, penurunan mendadak dalam kerintangan diperhatikan - fenomena ini dipanggil superkonduktiviti logam. Ia ditemui oleh ahli fizik Belanda H. Kamerling - Ohness pada tahun 1911 dalam merkuri (T cr = 4.2 o K). T P 0

slaid 21: maklumat am

Kira-kira separuh daripada logam dan beberapa ratus aloi mempunyai sifat superkonduktiviti. Sifat superkonduktor bergantung pada jenis struktur kristal. Menukarnya boleh memindahkan jirim daripada keadaan biasa kepada keadaan superkonduktor. Suhu kritikal isotop unsur-unsur yang melalui keadaan superkonduktor adalah berkaitan dengan jisim isotop melalui hubungan: T e (M e) 1/2 = const (kesan isotop) Medan magnet yang kuat memusnahkan kesan superkonduktiviti. Oleh itu, apabila diletakkan dalam medan magnet, sifat superkonduktiviti mungkin hilang.

Slaid 22: Tindak balas terhadap kekotoran

Pengenalan bendasing ke dalam superkonduktor mengurangkan ketajaman peralihan kepada keadaan superkonduktor. Dalam logam biasa, arus hilang selepas kira-kira 10 -12 s. Dalam superkonduktor, arus boleh beredar selama bertahun-tahun (secara teorinya 105 tahun!).

Slaid 23: Sifat fizikal superkonduktiviti

Fenomena superkonduktiviti boleh difahami dan dibuktikan hanya dengan bantuan konsep kuantum. Ia dibentangkan pada tahun 1957 oleh saintis Amerika J. Bardin, L. Cooper, J. Schrieffer dan ahli akademik Soviet N.N. Bogolyubov. Pada tahun 1986, superkonduktiviti suhu tinggi sebatian lanthanum, barium dan unsur-unsur lain telah ditemui (T = 100 0 K ialah takat didih nitrogen cecair).

slaid 24

Walau bagaimanapun, rintangan sifar bukanlah satu-satunya ciri superkonduktiviti. Ia juga diketahui dari teori Drude bahawa kekonduksian logam meningkat dengan penurunan suhu, iaitu, rintangan elektrik cenderung kepada sifar.

Bermula dari superkonduktor tidak bergerak, magnet terapung sendiri dan terus melambung sehingga keadaan luaran membawa superkonduktor keluar daripada fasa superkonduktor. Hasil daripada kesan ini, magnet yang menghampiri superkonduktor akan "melihat" magnet kekutuban songsang dengan saiz yang sama, yang menyebabkan levitation.

Slaid 27: Penggunaan superkonduktiviti

1. Elektromagnet berkuasa dengan belitan superkonduktor sedang dibina, yang mewujudkan medan magnet tanpa menggunakan elektrik dalam jangka masa yang lama, kerana tiada pelepasan haba berlaku. 2. Magnet superkonduktor digunakan dalam pemecut zarah asas, magnetohidrodinamik dan penjana yang menukar tenaga jet gas terion panas yang bergerak dalam medan magnet kepada tenaga elektrik. 3. Superkonduktiviti suhu tinggi dalam masa terdekat akan membawa kepada revolusi teknikal dalam elektronik radio dan kejuruteraan radio. 4. Jika mungkin untuk mencipta superkonduktor pada suhu bilik, maka penjana dan motor elektrik akan menjadi sangat padat dan ia akan menjadi mungkin untuk menghantar elektrik pada jarak jauh tanpa kehilangan.