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Física geral. Corrente elétrica em metais

Aula: 11

Apresentação para a aula

Para trás para a frente

Atenção! A visualização do slide é apenas para fins informativos e pode não representar toda a extensão da apresentação. Se você estiver interessado neste trabalho, faça o download da versão completa.

lições objetivas:

Revelar o conceito da natureza física da corrente elétrica nos metais, confirmação experimental da teoria eletrônica;

Continuar a formação de ideias científicas naturais sobre o tema em estudo

Crie condições para a formação de interesse cognitivo, atividade do aluno

Formação de competências;

Formação da comunicação comunicativa.

Equipamento: Complexo interativo SMART Board Notebook, rede local de computadores, Internet.

Método de ensino da lição: combinado.

Epígrafe da lição:

Esforce-se para compreender a ciência cada vez mais profundamente,
Anseio pelo conhecimento do eterno.
Somente o primeiro conhecimento brilhará em sua luz,
Você saberá: não há limite para o conhecimento.

Ferdowsi
(poeta persa e tadjique, 940-1030)

Plano de aula.

I. Momento organizador

II. Trabalho em equipe

III. Discussão dos resultados, instalação da apresentação

4. Reflexão

V. lição de casa

durante as aulas

Olá, pessoal! Sentar-se. Hoje vamos trabalhar em grupos.

Tarefas para grupos:

I. Natureza física das cargas nos metais.

II. A experiência de K. Rikke.

III. Experiência de Stuart, Tolman. Experiência de Mandelstam, Papaleksi.

4. Teoria de Drude.

V. Volt-ampère característico dos metais. Lei de Ohm.

VI. A dependência da resistência dos condutores com a temperatura.

VII. Supercondutividade.

1. A condutividade elétrica é a capacidade das substâncias de conduzir uma corrente elétrica sob a influência de um campo elétrico externo.

De acordo com a natureza física das cargas - portadores de corrente elétrica, a condutividade elétrica é dividida em:

A) eletrônico

B) iônico

B) misto.

2. Para cada substância em determinadas condições, é característica uma certa dependência da intensidade da corrente em relação à diferença de potencial.

De acordo com a resistividade de uma substância, costuma-se dividi-la em:

A) condutores (p< 10 -2 Ом*м)

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

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

No entanto, tal divisão é condicional, porque sob a influência de vários fatores (aquecimento, irradiação, impurezas), a resistividade das substâncias e suas características volt-ampère mudam, e às vezes de forma muito significativa.

3. Os portadores de cargas livres nos metais são os elétrons. Comprovado por experimentos clássicos K. Rikke (1901) - físico alemão; L.I. Mandelstam e N. D. Papaleksi (1913) - nossos compatriotas; T. Stewart e R. Tolman (1916) - físicos americanos.

A experiência de K. Rikke

Rikke dobrou três cilindros pré-pesados (dois de cobre e um de alumínio) com pontas polidas de forma que o de alumínio ficasse entre os de cobre. Em seguida, os cilindros foram conectados a um circuito DC: uma grande corrente passou por eles durante o ano. Durante esse tempo, uma carga elétrica igual a aproximadamente 3,5 milhões de C passou pelos cilindros elétricos. A interação secundária dos cilindros, realizada com até 0,03 mg, mostrou que a massa dos cilindros não se alterou com o experimento. Ao examinar as extremidades em contato ao microscópio, descobriu-se que existem apenas vestígios menores de penetração de metais, que não excedem os resultados da difusão comum de átomos em sólidos. Os resultados do experimento indicaram que os íons não participam da transferência de carga nos metais.

L.I. Mandelstam

N. . Papalexia

Experiência de L. I. Mandelstam e N. D. Papaleksi

Os cientistas russos L. I. Mandelstam (1879-1949; fundador da escola de rádio-físicos) e N. D. Papaleksi (1880-1947; o maior físico soviético, acadêmico, presidente do Conselho Científico da União para Física de Rádio e Engenharia de Rádio da Academia de Ciências da URSS) em 1913 entregou a experiência original. Eles pegaram uma bobina de arame e começaram a torcê-la em direções diferentes.

Desenrole, por exemplo, no sentido horário, depois pare abruptamente e volte.

Eles raciocinaram mais ou menos assim: se os elétrons realmente têm massa, quando a bobina parar repentinamente, os elétrons devem continuar a se mover por inércia por algum tempo. O movimento de elétrons através de um fio é uma corrente elétrica. Como planejado, assim aconteceu. Conectamos um telefone nas pontas do fio e ouvimos um som. Assim que um som é ouvido no telefone, portanto, a corrente flui através dele.

T. Stewart

A experiência de T. Stewart e R. Tolman

Vamos pegar uma bobina que pode girar em torno de seu eixo. As extremidades da bobina são conectadas ao galvanômetro por meio de contatos deslizantes. Se a bobina, que está em rotação rápida, for freada bruscamente, os elétrons livres no fio continuarão a se mover por inércia, pelo que o galvanômetro deve registrar um pulso de corrente.

teoria de drude

Os elétrons em um metal são considerados como um gás de elétrons, ao qual a teoria cinética dos gases pode ser aplicada. Acredita-se que os elétrons, como os átomos de gás na teoria cinética, são esferas sólidas idênticas que se movem em linha reta até colidirem umas com as outras. Supõe-se que a duração de uma única colisão é desprezível e que nenhuma outra força atua entre as moléculas, exceto aquelas que surgem no momento da colisão. Como o elétron é uma partícula com carga negativa, para cumprir a condição de neutralidade elétrica em um sólido, também deve haver partículas de outro tipo - carregadas positivamente. Drude sugeriu que a carga positiva compensadora pertence a partículas muito mais pesadas (íons), que ele considerava imóveis. Na época de Drude, não estava claro por que existem elétrons livres e íons carregados positivamente no metal, e o que são esses íons. Somente a teoria quântica dos sólidos poderia dar respostas a essas perguntas. Para muitas substâncias, no entanto, pode-se simplesmente assumir que o gás de elétrons consiste em elétrons de valência externos fracamente ligados ao núcleo, que são “liberados” no metal e são capazes de se mover livremente através do metal, enquanto núcleos atômicos com elétrons de interior as conchas (núcleos atômicos) permanecem inalteradas e desempenham o papel de íons positivos fixos da teoria de Drude.

Corrente elétrica em metais

Todos os metais são condutores de corrente elétrica e consistem em uma rede cristalina espacial, cujos nós coincidem com os centros de íons positivos, e os elétrons livres se movem aleatoriamente em torno dos íons.

Fundamentos da teoria eletrônica da condutividade dos metais.

Um metal pode ser descrito pelo seguinte modelo: a rede cristalina de íons é imersa em um gás de elétrons ideal que consiste em elétrons livres. Na maioria dos metais, cada átomo é ionizado, então a concentração de elétrons livres é aproximadamente igual à concentração de átomos 10 23 - 10 29 m -3 e quase não depende da temperatura.
Os elétrons livres nos metais estão em movimento caótico contínuo.
Uma corrente elétrica em um metal é formada apenas devido ao movimento ordenado de elétrons livres.
Ao colidir com os íons que vibram nos nós da rede cristalina, os elétrons fornecem a eles excesso de energia. É por isso que os condutores aquecem quando a corrente flui.

Corrente elétrica em metais.

Supercondutividade

O fenômeno de reduzir a resistividade a zero em uma temperatura diferente do zero absoluto é chamado de supercondutividade. Os materiais que exibem a capacidade de passar a certas temperaturas diferentes do zero absoluto em um estado supercondutor são chamados de supercondutores.

A passagem de corrente em um supercondutor ocorre sem perda de energia, portanto, uma vez excitada em um anel supercondutor, uma corrente elétrica pode existir indefinidamente sem alteração.

Materiais supercondutores já estão sendo usados em eletroímãs. Pesquisas estão em andamento para criar linhas de energia supercondutoras.

A aplicação do fenômeno da supercondutividade na prática ampla pode se tornar realidade nos próximos anos devido à descoberta, em 1986, da supercondutividade das cerâmicas - compostos de lantânio, bário, cobre e oxigênio. A supercondutividade de tais cerâmicas é mantida até temperaturas de cerca de 100 K.

Muito bem rapazes! Eles fizeram um excelente trabalho. Acabou sendo uma boa apresentação. Obrigado pela lição!

Literatura.

Gorbushin Sh.A. Notas de referência para o estudo da física para o curso do ensino médio. - Izhevsk "Udmurtia", 1992.
Lanina I.Ya. Formação dos interesses cognitivos dos alunos nas aulas de física: um livro para professores. – M.: Iluminismo, 1985.
Lição de física na escola moderna. Busca criativa para professores: Um livro para professores / Comp. E.M. Braverman / Editado por V.G. Razumovsky.- M.: Iluminismo, 1993
Digelev F.M. Da história da física e da vida de seus criadores: Um livro para estudantes. - M.: Educação, 1986.
Kartsev V.L. Aventuras de grandes equações - 3ª edição - M.: Conhecimento, 1986. (Vida de idéias maravilhosas).

Tópico da lição: Corrente elétrica em metais.

Uma lição de aprender coisas novas com elementos de controle e repetição.

Equipamento: apresentação, instalação para o experimento sobre a mudança de resistência em função da temperatura.

Metas e objetivos. 1. Formar conhecimentos sobre os fundamentos da teoria eletrónica da condutividade dos metais, fundamentação experimental e aplicação da teoria na prática.

2. Expanda os horizontes dos alunos com uma história sobre o fenômeno da supercondutividade.

3. Aprender a aplicar o conhecimento da dependência da resistência à temperatura na resolução de problemas.

4. Elevar sentimentos patrióticos através da familiarização com a história das descobertas no campo da física do estado sólido.

Plano de aula. (por diapositivos)

1.Hoje na aula.

2. Vamos repetir. São feitas perguntas, cujo conhecimento é necessário para aprender coisas novas.

3. O estudo do novo: a) a condutividade elétrica de várias substâncias, b) a natureza dos portadores de carga em metais; c) a teoria da condutividade elétrica dos metais; d) dependência da resistência com a temperatura; e) termômetros de resistência; f) supercondutividade e suas aplicações.

4. Teste de controle. (Verifique após o clique do mouse).

5. Fixação. Três problemas são propostos para a dependência da resistência com a temperatura. As respostas aparecem após um clique do mouse. Os alunos pegam os parâmetros constantes necessários das tabelas.

Ver conteúdo do documento
"Apresentação da aula "Corrente elétrica em metais", 10ª série."

Corrente elétrica em metais

Savvateeva Svetlana Nikolaevna, professora de física, MBOU "Kemetskaya escola secundária" do distrito de Bologovsky da região de Tver.

HOJE NA LIÇÃO

O segredo fica claro. O que está escondido por trás do conceito "Portadores de corrente em metais"?

Quais são as dificuldades da teoria clássica da condutividade elétrica dos metais?

Por que as lâmpadas incandescentes queimam?

Por que eles queimam quando ligados?

Como perder a resistência?

REPITA

O que é corrente elétrica?
Quais são as condições para a existência de uma corrente?
Quais ações da corrente você conhece?
Qual é a direção da corrente?
Qual é o valor da corrente em um circuito elétrico?
Qual é a unidade de corrente?
De que grandezas depende a intensidade da corrente?
Qual é a velocidade de propagação da corrente no condutor?
Qual é a velocidade do movimento ordenado dos elétrons?
A resistência depende da corrente e da tensão?
Como a lei de Ohm é formulada para uma seção de uma cadeia e para uma cadeia completa?

NATUREZA DOS TRANSPORTADORES DE CARGA NOS METAIS

A experiência de Rikke (alemão) - 1901 Ano! M = const, estes não são íons!

Mandelstam e Papaleksi (1913)

Stewart e Tolman (1916)

Na direção da corrente -

Por І J I - q ⁄ m = e ⁄ m) é elétrons!

A corrente elétrica nos metais é o movimento direcionado dos elétrons.

Teoria da condutividade elétrica dos metais

P. Druse, 1900:

elétrons livres - "gás eletrônico";
os elétrons se movem de acordo com as leis de Newton;
elétrons livres colidem com íons cristalinos. grades;
na colisão, os elétrons transferem sua energia cinética para os íons;
a velocidade média é proporcional à intensidade e, portanto, à diferença de potencial;

R=f( ρ, l, s, t)

termômetros de resistência

Benefícios: Ajuda a medir temperaturas muito baixas e muito altas.

supercondutividade

Mercúrio em hélio líquido

A explicação é baseada na teoria quântica.

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

N. Bogolyubov (co-aluno em 1957)

obtenção de altas correntes, campos magnéticos;
transmissão de eletricidade sem perdas.

teste de controle

Como os elétrons livres se movem nos metais?

A. Em uma ordem estritamente definida. B. Aleatoriamente. B. Ordenado.

Como os elétrons livres se movem em metais sob a ação de um campo elétrico?

A. Desordenado. B. Ordenado. B. Ordenado na direção do campo elétrico. G. Ordenadamente na direção oposta ao campo elétrico.

. Quais partículas estão localizadas nos nós da rede cristalina dos metais e que carga elas possuem?

A. Íons negativos. B. Elétrons. B. Íons positivos.

Que efeito da corrente elétrica é usado em lâmpadas elétricas?

R. Magnético. B. Térmica. B. Química. G. Leve e térmica.

O movimento de quais partículas é tomado como a direção da corrente no condutor?

A.Elektronov. B. Íons negativos. B. Cargas positivas.

Por que os metais esquentam quando a corrente passa por eles?

A. Os elétrons livres colidem uns com os outros. B. Elétrons livres colidem com íons. B. Os íons colidem com os íons.

Como a resistência dos metais muda quando eles são resfriados?

A. Aumenta. B. Diminui. B. Não muda.

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

RESOLVA O PROBLEMA

1. Resistência elétrica de um filamento de tungstênio de uma lâmpada elétrica a uma temperatura de 23 °C é igual a 4 ohms.

Encontre a resistência elétrica do filamento a 0°C.

(Resposta: 3,6 ohm)

2. A resistência elétrica de um filamento de tungstênio a 0°C é de 3,6 ohms. Encontrar resistência elétrica

A uma temperatura de 2700 K.

(Resposta: 45,5 ohms)

3. A resistência elétrica do fio a 20°C é de 25 ohms, a 60°C é de 20 ohms. Encontrar

Coeficiente de temperatura da resistência elétrica.

(Resposta: 0,0045 K¯¹)

Corrente elétrica em metais Savvateeva Svetlana Nikolaevna, professora de física, MBOU "Kemetskaya escola secundária" do distrito de Bologovsky da região de Tver. HOJE NA LIÇÃO O segredo fica claro. O que está escondido por trás do conceito "Portadores de corrente em metais"? Quais são as dificuldades da teoria clássica da condutividade elétrica dos metais? Por que as lâmpadas incandescentes queimam? Por que eles queimam quando ligados? Como perder a resistência? REPITA

O que é corrente elétrica?
Quais são as condições para a existência de uma corrente?
Quais ações da corrente você conhece?
Qual é a direção da corrente?
Qual é o valor da corrente em um circuito elétrico?
Qual é a unidade de corrente?
De que grandezas depende a intensidade da corrente?
Qual é a velocidade de propagação da corrente no condutor?
Qual é a velocidade do movimento ordenado dos elétrons?
A resistência depende da corrente e da tensão?
Como a lei de Ohm é formulada para uma seção de uma cadeia e para uma cadeia completa?

CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DE VÁRIAS SUBSTÂNCIAS

Mandelstam e Papaleksi (1913)

Stewart e Tolman (1916)

Na direção da corrente -< 0

Por І J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) estes são elétrons!

A experiência de Rikke (alemão) - 1901 Ano! M = const, estes não são íons!

NATUREZA DOS TRANSPORTADORES DE CARGA NOS METAIS

A corrente elétrica nos metais é o movimento direcionado dos elétrons.

Teoria da condutividade elétrica dos metais

P. Druse, 1900:

elétrons livres - "gás eletrônico";
os elétrons se movem de acordo com as leis de Newton;
elétrons livres colidem com íons cristalinos. grades;
na colisão, os elétrons transferem sua energia cinética para os íons;
a velocidade média é proporcional à intensidade e, portanto, à diferença de potencial;

R = f (ρ, l, s, t)

termômetros de resistência

Benefícios: Ajuda a medir temperaturas muito baixas e muito altas.

supercondutividade Mercúrio em hélio líquido

A explicação é baseada na teoria quântica.

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

N. Bogolyubov (co-aluno em 1957)

Aplicação de supercondutividade!

obtenção de altas correntes, campos magnéticos;
transmissão de eletricidade sem perdas.

teste de controle

Como os elétrons livres se movem nos metais?
Como os elétrons livres se movem em metais sob a ação de um campo elétrico?
.Que partículas se encontram nos nós da rede cristalina dos metais e que carga têm?
Que efeito da corrente elétrica é usado em lâmpadas elétricas?
O movimento de quais partículas é tomado como a direção da corrente no condutor?
Por que os metais esquentam quando a corrente passa por eles?
Como a resistência dos metais muda quando eles são resfriados?

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

RESOLVA O PROBLEMA

1. A resistência elétrica do filamento de tungstênio de uma lâmpada elétrica a uma temperatura de 23 ° C é de 4 ohms.

Encontre a resistência elétrica do filamento a 0°C.

(Resposta: 3,6 ohm)

2. A resistência elétrica de um filamento de tungstênio a 0°C é de 3,6 ohms. Encontrar resistência elétrica

A uma temperatura de 2700 K.

(Resposta: 45,5 ohms)

3. A resistência elétrica do fio a 20°C é de 25 ohms, a 60°C é de 20 ohms. Encontrar

Coeficiente de temperatura da resistência elétrica.

O QUE É CORRENTE ELÉTRICA NOS METAIS?

Corrente elétrica em metais -é o movimento ordenado de elétrons sob a ação de um campo elétrico. Experimentos mostram que quando a corrente flui através de um condutor metálico, não há transferência de matéria, portanto, os íons metálicos não participam da transferência de carga elétrica.

NATUREZA DA CORRENTE ELÉTRICA NOS METAIS

A corrente elétrica em condutores metálicos não causa nenhuma alteração nesses condutores, exceto pelo aquecimento.

A concentração de elétrons de condução em um metal é muito alta: em ordem de grandeza é igual ao número de átomos por unidade de volume do metal. Os elétrons nos metais estão em constante movimento. Seu movimento aleatório se assemelha ao movimento das moléculas de gás ideal. Isso deu motivos para acreditar que os elétrons nos metais formam uma espécie de gás de elétrons. Mas a velocidade do movimento aleatório dos elétrons em um metal é muito maior do que a velocidade das moléculas em um gás.

EXPERIÊNCIA E.RIKKE

O físico alemão Carl Rikke conduziu um experimento no qual uma corrente elétrica passou por um ano através de três cilindros polidos pressionados um contra o outro - cobre, alumínio e novamente cobre. Após a conclusão, verificou-se que existem apenas vestígios menores de penetração mútua de metais, que não excedem os resultados da difusão normal de átomos em sólidos. Medições realizadas com alto grau de precisão mostraram que a massa de cada um dos cilindros permaneceu inalterada. Como as massas dos átomos de cobre e alumínio diferem significativamente umas das outras, a massa dos cilindros teria que mudar notavelmente se os portadores de carga fossem íons. Portanto, portadores de carga livre em metais não são íons. A enorme carga que passou pelos cilindros foi aparentemente transportada por partículas que são iguais tanto no cobre quanto no alumínio. É natural supor que são os elétrons livres que conduzem a corrente nos metais.

Carl Victor Eduard Rikke

EXPERIÊNCIA L.I. MANDELSHTAMA e N. D. PAPALEKSI

Os cientistas russos L. I. Mandelstam e N. D. Papaleksi em 1913 realizaram um experimento original. A bobina com o fio começou a torcer em direções diferentes. Desenrole, no sentido horário, pare abruptamente e volte. Eles raciocinaram mais ou menos assim: se os elétrons realmente têm massa, quando a bobina parar repentinamente, os elétrons devem continuar a se mover por inércia por algum tempo. E assim aconteceu. Conectamos um telefone nas pontas do fio e ouvimos um som, o que significava que a corrente estava passando por ele.

Mandelstam Leonid Isaakovich

Nikolai Dmitrievich Papalexia (1880-1947)

A EXPERIÊNCIA DE T. STUART E R. TOLMAN

A experiência de Mandelstam e Papaleksi foi repetida em 1916 pelos cientistas americanos Tolman e Stuart.

Uma bobina com um grande número de voltas de fio fino foi colocada em rápida rotação em torno de seu eixo. As extremidades da bobina foram conectadas com fios flexíveis a um galvanômetro balístico sensível. A bobina não torcida desacelerou bruscamente, uma corrente de curto prazo surgiu no circuito devido à inércia dos portadores de carga. A carga total fluindo através do circuito foi medida pela deflexão da agulha do galvanômetro.

Mordomo Stuart Thomas

Richard Chase Tolman

TEORIA ELETRÔNICA CLÁSSICA

A suposição de que os elétrons são responsáveis pela corrente elétrica nos metais já existia antes do experimento de Stewart e Tolman. Em 1900, o cientista alemão P. Drude, baseado na hipótese da existência de elétrons livres nos metais, criou sua teoria eletrônica da condutividade dos metais, batizada em homenagem a teoria eletrônica clássica . De acordo com essa teoria, os elétrons nos metais se comportam como um gás de elétrons, muito parecido com um gás ideal. Ele preenche o espaço entre os íons que formam a rede cristalina do metal

A figura mostra a trajetória de um dos elétrons livres na rede cristalina de um metal

PRINCIPAIS DISPOSIÇÕES DA TEORIA:

A presença de um grande número de elétrons nos metais contribui para sua boa condutividade.
Sob a ação de um campo elétrico externo, um movimento ordenado é sobreposto ao movimento aleatório dos elétrons, ou seja, corrente ocorre.
A força da corrente elétrica que flui através de um condutor de metal é:
Como a estrutura interna de diferentes substâncias é diferente, a resistência também será diferente.
Com o aumento do movimento caótico das partículas de uma substância, o corpo é aquecido, ou seja, liberação de calor. Aqui a lei de Joule-Lenz é observada:

l \u003d e * n * S * Ū d

SUPERCONDUTIVIDADE DE METAIS E LIGAS

Alguns metais e ligas possuem supercondutividade, propriedade de terem resistência elétrica estritamente nula quando atingem uma temperatura abaixo de um determinado valor (temperatura crítica).

O fenômeno da supercondutividade foi descoberto pelo físico holandês H. Kamerling - Ohness em 1911 em mercúrio (Tcr = 4,2 o K).

APLICAÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA:

recebendo fortes campos magnéticos
transmissão de energia elétrica da fonte ao consumidor
eletroímãs poderosos com enrolamento supercondutor em geradores, motores elétricos e aceleradores, em dispositivos de aquecimento

Atualmente, existe um grande problema no setor de energia associado a grandes perdas durante a transmissão de energia elétrica através de fios.

Possível solução para o problema:

Construção de linhas de transmissão adicionais - substituição de fios com grandes seções transversais - aumento de tensão - separação de fases

CORRENTE ELÉTRICA EM METAIS

diapositivo 2

Fundamentos da teoria eletrônica da condutividade No início do século 20, foi criada a teoria eletrônica clássica da condutividade dos metais (P. Drude, 1900, H. Lorenz, 1904), que deu uma explicação simples e visual da maioria dos as propriedades elétricas e térmicas dos metais. Paul Drude Karl Ludwig - físico alemão Hendrik Anton Lorenz - físico holandês

diapositivo 3

O movimento dos elétrons obedece às leis da mecânica clássica. Os elétrons não interagem entre si. Os elétrons interagem apenas com os íons da rede cristalina, essa interação é reduzida a uma colisão. Nos intervalos entre as colisões, os elétrons se movem livremente. Os elétrons de condução formam um "gás de elétrons", como um gás ideal. O "gás eletrônico" obedece às leis de um gás ideal. Em qualquer colisão, o elétron transfere toda a energia acumulada. Teoria eletrônica clássica Drude - Lorentz.

diapositivo 4

Corrente elétrica em metais Os íons da rede cristalina do metal não participam da criação da corrente. Seu movimento durante a passagem da corrente significaria a transferência de matéria ao longo do condutor, o que não é observado. Por exemplo, nos experimentos de E. Rikke (1901), a massa e a composição química do condutor não mudaram durante a passagem da corrente durante o ano.

diapositivo 5

Conclusão: Não há transferência de matéria \u003d\u003e 1) Os íons metálicos não participam da transferência de carga elétrica. 2) Portadores de carga - partículas que compõem todos os metais Experiência de Rikke 1901

Slide 6: Os elétrons não interagem entre si, mas com os íons da rede cristalina. A cada colisão, o elétron transfere sua energia cinética

Slide 7

A prova experimental de que a corrente nos metais é criada por elétrons livres foi dada nos experimentos de L.I. Mandelstam e N. D. Papaleksi (1913, os resultados não foram publicados), bem como T. Stewart e R. Tolman (1916). Eles descobriram que quando uma bobina de rotação rápida para abruptamente, uma corrente elétrica surge no condutor da bobina, criada por partículas carregadas negativamente - elétrons.

Slide 8

Experiência de Mandelstam e Papaleksi Conclusão: Portadores de carga elétrica movem-se por inércia 1913

Slide 9

Experiência de Tolman e Stewart Conclusões: Os portadores de carga no metal são partículas carregadas negativamente. Relação => A corrente elétrica nos metais se deve ao movimento dos elétrons 1916

Slide 10: Os íons fazem vibrações térmicas, perto da posição de equilíbrio - os nós da rede cristalina. Os elétrons livres se movem aleatoriamente e colidem com os íons da rede cristalina durante seu movimento.

diapositivo 11

Um condutor metálico consiste em: íons carregados positivamente oscilando em torno da posição de equilíbrio e 2) elétrons livres que podem se mover por todo o volume do condutor. Em um metal, na ausência de um campo elétrico, os elétrons de condução se movem aleatoriamente e colidem, na maioria das vezes com os íons da rede cristalina. A totalidade desses elétrons pode ser considerada aproximadamente como um tipo de gás de elétrons que obedece às leis de um gás ideal. A velocidade média do movimento térmico dos elétrons à temperatura ambiente é de cerca de 105 m/s.

diapositivo 12

A dependência da resistência do condutor R com a temperatura: Quando aquecido, as dimensões do condutor mudam pouco, mas principalmente a resistividade muda. A resistência específica do condutor depende da temperatura: onde rho é a resistência específica a 0 graus, t é a temperatura, é o coeficiente de resistência da temperatura (ou seja, a mudança relativa na resistividade do condutor quando é aquecido por um grau)

diapositivo 13

Para todos os condutores metálicos, α > 0 e muda ligeiramente com a temperatura. Para a maioria dos metais na faixa de temperatura de 0 ° a 100 °C, o coeficiente α varia de 3,3⋅10–3 a 6,2⋅10–3 K–1 (Tabela 1). Nos metais quimicamente puros, existem ligas especiais, cuja resistência praticamente não muda quando aquecidas, por exemplo, manganina e constantan. Seus coeficientes de temperatura de resistência são muito baixos e iguais a 1⋅10–5 K–1 e 5⋅10–5 K–1, respectivamente.

Slide 14

Assim, para condutores metálicos, com o aumento da temperatura, a resistividade aumenta, a resistência do condutor aumenta e a corrente elétrica no circuito diminui. A resistência de um condutor com uma mudança de temperatura pode ser calculada pela fórmula: R = Ro (1 + t) onde Ro é a resistência do condutor a 0 graus Celsius t é a temperatura do condutor - o coeficiente de resistência da temperatura

Slide 15: Resistência do condutor

A resistência é uma quantidade física que caracteriza o grau de resistência de um condutor ao movimento direcionado de cargas. A resistividade é a resistência de um condutor cilíndrico de comprimento unitário e área transversal unitária. A supercondutividade é um fenômeno físico que consiste em uma queda abrupta da resistência a zero a uma certa temperatura crítica (T cr) - resistividade, - comprimento do condutor, S - área da seção transversal \u003d (1 + ∆ T) - resistividade em t \u003d 20 0 С; - coeficiente de temperatura de resistência = 1/273 0 K -1 ∆ T - mudança de temperatura T, K 0 supercondutor de metal T cr 293

diapositivo 16

Supercondutividade, propriedade de muitos condutores, que consiste no fato de sua resistência elétrica cair abruptamente a zero quando resfriados abaixo de uma certa temperatura crítica T k, característica de um determinado material. C. encontrado em mais de 25 elementos metálicos, em grande número de ligas e compostos intermetálicos, e também em alguns semicondutores.

Slide 17

Em 1911, o físico holandês Kamerling-Onnes descobriu que, quando o mercúrio é resfriado em hélio líquido, sua resistência primeiro muda gradualmente e depois a uma temperatura de 4,2 K cai drasticamente para zero.

Slide 18

G. Kamerlingh-Onnes recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1913 "por estudos das propriedades da matéria em baixas temperaturas". Mais tarde, descobriu-se que mais de 25 elementos químicos - metais em temperaturas muito baixas se tornam supercondutores. Cada um deles tem sua própria temperatura crítica de transição para um estado com resistência zero. Seu valor mais baixo para o tungstênio é 0,012 K, o mais alto para o nióbio é 9 K. A supercondutividade é observada não apenas em metais puros, mas também em muitos compostos químicos e ligas. Nesse caso, os próprios elementos, que fazem parte do composto supercondutor, podem não ser supercondutores. Por exemplo, NiBi, Au2Bi, PdTe, PtSb e outros. Até 1986, os supercondutores eram conhecidos por terem essa propriedade em temperaturas muito baixas, abaixo de -259°C. Em 1986-1987, foram descobertos materiais com uma temperatura de transição para o estado supercondutor de cerca de -173 °C. Esse fenômeno é chamado de supercondutividade de alta temperatura, e nitrogênio líquido pode ser usado em vez de hélio líquido para observá-lo.

Slide 19: Supercondutividade

Acadêmico V.L. Ginzburg, Prêmio Nobel por seu trabalho em supercondutividade

Slide 20: Supercondutividade de metais e ligas

Para muitos metais e ligas a temperaturas próximas a T = 0 K, é observada uma queda acentuada na resistividade - esse fenômeno é chamado de supercondutividade dos metais. Foi descoberto pelo físico holandês H. Kamerling - Ohness em 1911 em mercúrio (Tcr = 4,2 o K). T P 0

slide 21: informações gerais

Cerca de metade dos metais e várias centenas de ligas possuem a propriedade de supercondutividade. As propriedades supercondutoras dependem do tipo de estrutura cristalina. Mudá-lo pode transferir a matéria do estado comum para o estado supercondutor. As temperaturas críticas dos isótopos dos elementos que passam para o estado supercondutor estão relacionadas com as massas dos isótopos pela relação: T e (M e) 1/2 = const (efeito isótopo) Um forte campo magnético destrói o efeito da supercondutividade. Portanto, quando colocado em um campo magnético, a propriedade de supercondutividade pode desaparecer.

Slide 22: Reação a impurezas

A introdução de uma impureza em um supercondutor reduz a nitidez da transição para o estado supercondutor. Em metais normais, a corrente desaparece após cerca de 10 -12 s. Em um supercondutor, a corrente pode circular por anos (teoricamente 105 anos!).

Slide 23: A natureza física da supercondutividade

O fenômeno da supercondutividade pode ser entendido e comprovado apenas com a ajuda de conceitos quânticos... Eles foram apresentados em 1957 pelos cientistas americanos J. Bardin, L. Cooper, J. Schrieffer e pelo acadêmico soviético N.N. Bogolyubov. Em 1986, a supercondutividade de alta temperatura de compostos de lantânio, bário e outros elementos foi descoberta (T = 100 0 K é o ponto de ebulição do nitrogênio líquido).

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No entanto, a resistência zero não é a única característica da supercondutividade. Também é conhecido pela teoria de Drude que a condutividade dos metais aumenta com a diminuição da temperatura, ou seja, a resistência elétrica tende a zero.

A partir do supercondutor imóvel, o ímã flutua sozinho e continua a subir até que as condições externas tirem o supercondutor da fase supercondutora. Como resultado desse efeito, um ímã que se aproxima de um supercondutor "vê" um ímã de polaridade reversa exatamente do mesmo tamanho, o que causa levitação.

Slide 27: Aplicação de supercondutividade

1. Estão sendo construídos poderosos eletroímãs com enrolamento supercondutor, que criam um campo magnético sem consumir eletricidade por um longo período de tempo, porque nenhuma liberação de calor ocorre. 2. Os ímãs supercondutores são utilizados em aceleradores de partículas elementares, magnetohidrodinâmicos e geradores que convertem a energia de um jato de gás quente ionizado movendo-se em um campo magnético em energia elétrica. 3. A supercondutividade de alta temperatura no futuro próximo levará a uma revolução técnica em eletrônica de rádio e engenharia de rádio. 4. Se for possível criar supercondutores à temperatura ambiente, os geradores e motores elétricos se tornarão extremamente compactos e será possível transmitir eletricidade por longas distâncias sem perdas.