Головна › Охолодження › Загальна фізика. Електричний струм у металах

Загальна фізика. Електричний струм у металах

Клас: 11

Презентація до уроку

Назад вперед

Увага! Попередній перегляд слайдів використовується виключно для ознайомлення та може не давати уявлення про всі можливості презентації. Якщо вас зацікавила ця робота, будь ласка, завантажте повну версію.

Цілі уроку:

Розкрити поняття фізичної природи електричного струму у металах, дослідне підтвердження електронної теорії;

Продовжити формування природничо-наукових уявлень з теми, що вивчається

Створити умови для формування пізнавального інтересу, активності учнів

формування навичок;

Формування комунікативного спілкування.

Обладнання: інтерактивний комплекс SMART Board Notebook, локальна мережа комп'ютерів, Інтернет.

Метод ведення уроку: комбінований.

Епіграф уроку:

Науку все глибше осягнути,
Пізнанням вічного жадобою нудь.
Лише перших знань блисне тобі світло,
Дізнаєшся: межі знання немає.

Фірдоусі
(Перський та таджицький поет, 940-1030 рр.)

План уроку.

I. Оргмомент

ІІ. Робота у групах

ІІІ. Обговорення підсумків, монтаж презентації

IV. Рефлексія

V. Домашнє завдання

Хід уроку

Здрастуйте, хлопці! Сідайте. Сьогодні наша робота проходитиме групами.

Завдання групам:

I. Фізична природа зарядів у металах.

ІІ. Досвід К. Рікке.

ІІІ. Досвід Стюарта, Толмена. Досвід Мандельштама, Папалексі.

IV. Теорія Друде.

V. Вольт-амперна характеристика металів. Закон Ома.

VI. Залежність опору провідників від температури.

VII. Надпровідність.

1. Електрична провідність є здатністю речовин проводити електричний струм під дією зовнішнього електричного поля.

За фізичною природою зарядів – носіїв електричного струму, електропровідність поділяють на:

А) електронну,

Б) іонну,

В) змішану.

2. Для кожної речовини за умов характерна певна залежність сили струму від різниці потенціалів.

За питомим опором речовини прийнято ділити на:

А) провідники (p< 10 -2 Ом*м)

Б) діелектрики (p > 10 -8 Ом * м)

В) напівпровідники (10 -2 Ом * м> 10 -8 Ом * м)

Однак такий поділ умовний, тому що під впливом низки факторів (нагрівання, опромінення, домішки) питомий опір речовин та їх вольт - амперна характеристика змінюються, і іноді дуже суттєво.

3. Носіями вільних зарядів у металах є електрони. Доведено класичними дослідами К. Рікке (1901) - німецький фізик; Л.І. Мандельштамом та Н. Д. Папалексі (1913 р.) – наші співвітчизники; Т. Стюартом та Р. Толменом (1916 р.) – американські фізики.

Досвід К. Рікке

Три попередньо зважені циліндри (два мідні і один алюмінієвий) Рікке склав відшліфованими торцями так, що алюмінієвий виявився між мідними. Потім циліндри були включені до ланцюга постійного струму: через них протягом року проходив великий струм. За цей час через електричні циліндри пройшов електричний заряд, що дорівнює приблизно 3.5 млн Кл. Вторинне взаємодія циліндрів, що проводилося до 0.03 мг, показало, що маса циліндрів в результаті досвіду не змінилася. При дослідженні торців, що стикалися, під мікроскопом було встановлено, що є лише незначні сліди проникнення металів, які не перевищують результатів звичайної дифузії атомів у твердих тілах. Результати досвіду свідчили, що у перенесенні заряду в металах іони беруть участь.

Л.І. Мандельштам

Н. . Папалексі

Досвід Л. І. Мандельштама та Н. Д. Папалексі

Російські вчені Л. І. Мандельштам (1879-1949; засновник школи радіофізиків) та Н. Д. Папалексі (1880-1947; найбільший радянський фізик, академік, голова Всесоюзної наукової ради з радіофізики та радіотехніки при АН СРСР) у 1913 році поставили оригінальний досвід. Взяли котушку з дротом і почали крутити її в різні боки.

Розкрутять, наприклад, за годинниковою стрілкою, потім різко зупинять і назад.

Розмірковували вони приблизно так: якщо електрони і справді мають масу, то, коли котушка раптово зупиняється, електрони ще деякий час повинні рухатися за інерцією. Рух електронів дротом - електричний струм. Як задумали, так і вийшло. Підключили до кінців дроту телефон і почули звук. Раз у телефоні чути звук, отже, через нього струм протікає.

Т. Стюарт

Досвід Т. Стюарта та Р. Толмен

Візьмемо котушку, яка може обертатися довкола своєї осі. Кінці котушки за допомогою ковзних контактів замкнуті на гальванометр. Якщо котушку, що знаходиться в швидкому обертанні, різко загальмувати, то вільні електрони в дроті продовжать рухатися по інерції, в результаті чого гальванометр повинен зареєструвати імпульс струму.

Теорія Друде

Електрони у металі розглядаються як електронний газ, до якого можна застосувати кінетичну теорію газів. Вважається, що електрони, як і атоми газу в кінетичній теорії, являють собою однакові тверді сфери, які рухаються прямими лініями до тих пір, поки не зіткнуться один з одним. Передбачається, що тривалість окремого зіткнення дуже мала, і що між молекулами не діє жодних інших сил, крім виникаючих в момент зіткнення. Так як електрон - негативно заряджена частка, то для дотримання умови електронейтральності в твердому тілі повинні бути частинки іншого сорту - позитивно заряджені. Друде припустив, що позитивний заряд, що компенсує, належить набагато більш важким часткам (іонам), які він вважав нерухомими. За часів Друде не було ясно, чому в металі існують вільні електрони та позитивно заряджені іони, і що ці іони являють собою. Відповіді ці запитання змогла дати лише квантова теорія твердого тіла. Для багатьох речовин, однак, можна просто вважати, що електронний газ складають слабко пов'язані з ядром зовнішні валентні електрони, які в металі "звільняються" і отримують можливість вільно пересуватися по металу, тоді як атомні ядра з електронами внутрішніх оболонок (атомні кістяки) залишаються незмінними і грають роль нерухомих позитивних іонів теорії Друде.

Електричний струм у металах

Всі метали є провідниками електричного струму і складаються з просторових кристалічних ґрат, вузли яких збігаються з центрами позитивних іонів, а навколо іонів хаотично рухаються вільні електрони.

Основні положення електронної теорії провідності металів.

Метал можна описати наступною моделлю: кристалічні грати іонів занурені в ідеальний електронний газ, що складається з вільних електронів. Більшість металів кожен атом іонізований, тому концентрація вільних електронів приблизно дорівнює концентрації атомів 10 23 - 10 29 м -3 майже залежить від температури.
Вільні електрони у металах перебувають у безперервному хаотичному русі.
Електричний струм у металі утворюється лише за рахунок упорядкованого руху вільних електронів.
Зіткнувшись з іонами, що коливаються у вузлах кристалічної решітки, електрони віддають їм надмірну енергію. Саме тому при проходженні струму провідники нагріваються.

Електричний струм у металах.

Надпровідність

Явище зменшення питомого опору до нуля за нормальної температури, що відрізняється від абсолютного нуля, називається надпровідністю. Матеріали, що виявляють здатність переходити при деяких температурах, відмінних від абсолютного нуля, в надпровідний стан, називаються надпровідниками.

Проходження струму у надпровіднику відбувається без втрат енергії, тому одного разу збуджений у надпровідному кільці електричний струм може існувати необмежено довго без зміни.

Надпровідні матеріали вже використовуються в електромагнітах. Ведуться дослідження, створені задля створення надпровідних ліній електропередачі.

Застосування явища надпровідності у широкій практиці може стати реальністю найближчими роками завдяки відкриттю 1986 р. Надпровідності керамік – сполук лантану, барію, міді та кисню. Надпровідність таких керамік зберігається до температури близько 100 К.

Молодці, хлопці! З роботою впоралися чудово. Вийшла гарна презентація. Дякую за урок!

Література

Горбушин Ш.А. Опорні конспекти вивчення фізики за курс середньої загальноосвітньої школи. - Іжевськ "Удмуртія", 1992.
Ланіна І.Я. Формування пізнавальних інтересів учнів під час уроків фізики: Книга для вчителя. - М.: Просвітництво, 1985.
Урок фізики у сучасній школі. Творчий пошук вчителів: Книга для вчителя / Упоряд. Е.М.Браверман / За редакцією В.Г. Розумовського.- М.: Просвітництво, 1993
Дігелєв Ф.М. З історії фізики та життя її творців: Книга для учнів. - М.: Просвітництво, 1986.
Карцев В.Л. Пригоди великих рівнянь. - 3-тє видання - М.: Знання, 1986. (Життя чудових ідей).

Тема уроку. Електричний струм у металах.

Урок вивчення нового з елементами контролю та повторення.

Обладнання: презентація, установка для досвіду зміни опору в залежності від температури.

Цілі і завдання. 1. Сформувати знання основ електронної теорії провідності металів, дослідного обґрунтування та застосування теорії на практиці.

2. Розширити кругозір учнів розповіддю про явище надпровідності.

3.Научить застосовувати знання залежності опору від температури у вирішенні завдань.

4.Воспитывать патріотичні почуття через ознайомлення з історією відкриттів у сфері фізики твердого тіла.

План уроку. (за слайдами)

1.Сьогодні на уроці.

2.Повторимо. Дано питання, знання яких потрібно щодо нового.

3. Вивчення нового: а) електропровідність різних речовин; б) природа носіїв зарядів у металах; в) теорія електропровідності металів; г) залежність опору від температури; д) термометри опору; е) надпровідність та її застосування.

4. Контрольний тест. (Перевірка після натискання мишею).

5. Закріплення. Запропоновано 3 завдання на залежність опору від температури. Відповіді проявляються після натискання мишею. Необхідні постійні параметри учні беруть із таблиць.

Перегляд вмісту документа
"Презентація до уроку "Електричний струм у металах", 10 клас."

Електричний струм у металах

Савватєєва Світлана Миколаївна, вчитель фізики МБОУ «Кемецька ЗОШ» Бологівського району Тверської області.

СЬОГОДНІ НА УРОКУ

Таємне стає очевидним. Що ховається за поняттям «Носії струму в металах»?

Які проблеми класичної теорії електропровідності металів?

Чому лампи розжарювання перегорають?

Чому вони перегорають при включенні?

Як втратити опір?

ПОВТОРИМО

Що таке електричний струм?
Які умови існування струму?
Які дії струму вам відомі?
Що прийнято за напрямок струму?
Якою величиною визначається сила струму в електричному ланцюзі?
Що беруть за одиницю сили струму?
Від яких величин залежить сила струму?
Яка швидкість розповсюдження струму у провіднику?
Яка швидкість упорядкованого руху електронів?
Чи залежить опір від сили струму та напруги?
Як формулюється закон Ома для ділянки ланцюга та для повного ланцюга?

ПРИРОДА НОСІЇВ ЗАРЯДУ У МЕТАЛАХ

Досвід Рікке (нім.) - 1901 р. Рік! M=const, це не іони!

Мандельштам та Папалексі (1913 р.)

Стюарт і Толмен (1916 р.)

У напрямку струму -

за І J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) це електрони!

Електричний струм у металах - спрямований рух електронів.

Теорія електропровідності металів

П. Друзе, 1900:

вільні електрони - "електронний газ";
електрони рухаються у відповідність до законів Ньютона;
вільні електрони стикаються з іонами христ. грати;
при зіткненні електрони передають іонам свою кінетичну енергію;
середня швидкість пропорційна напруженості і, отже, різниці потенціалів;

R = f ( ρ, l, s, t)

термометри опору

Переваги: допомагають вимірювати дуже низькі та дуже високі температури.

надпровідність

Ртуть у рідкому гелії

Пояснення – з урахуванням квантової теорії.

Д. Бардін, Л. Купер, Д. Шриффер (амер.) та

Н. Боголюбов (сов. уч. 1957 р.)

А також:

одержання великих струмів, магнітних полів;
передача електроенергії без втрат.

Контрольний тест

Як рухаються вільні електрони у металах?

А. У строгому порядку. Б. Безладно. В. Упорядковано.

Як рухаються вільні електрони у металах під дією електричного поля?

А. Безладно. Б. Упорядковано. В. Упорядковано у напрямі електричного поля. Г. Упорядковано у напрямку протилежному електричному полю.

. Які частинки розташовуються у вузлах кристалічних ґрат металів і який заряд вони мають?

А. Негативні іони. Б. Електрони. В. Позитивні іони.

Яка дія електричного струму використовується в електролампах?

А. Магнітне. Б. Теплове. В. Хімічне. Г. Світлове та теплове.

Рух яких частинок прийнято за напрямок струму у провіднику?

А.Електронов. Б. Негативних іонів. В. Позитивних зарядів.

Чому метали нагріваються при проходженні струму?

А. Вільні електрони стикаються один з одним. Б. Вільні електрони стикаються з іонами. В. Іони стикаються з іонами.

Як змінюється опір металів під час охолодження їх?

А. Збільшується. Б. Зменшується. В. Не змінюється.

1 . Б. 2.Г. 3.В. 4.Г. 5.В. 6.Б. 7.Б.

РЕШІ ЗАВДАННЯ

1.Електричний опір вольфрамової нитки електричної лампи при температурі 23 ° C дорівнює 4 Ом.

Знайдіть електричний опір нитки за 0°C.

(Відповідь: 3,6 Ом)

2. Електричний опір вольфрамової нитки при 0°C дорівнює 3,6 Ом. Знайдіть електричний опір

За температури 2700 До.

(Відповідь: 45,5 Ом)

3. Електричний опір дроту при 20 ° C дорівнює 25 Ом, при температурі 60 ° C дорівнює 20 Ом. Знайдіть

Температурний коефіцієнт електричного опору.

(Відповідь: 0,0045 К¯¹)

Електричний струм у металах Савватєєва Світлана Миколаївна, вчитель фізики МБОУ «Кемецька ЗОШ» Бологівського району Тверської області. СЬОГОДНІ НА УРОКУ Таємне стає очевидним. Що ховається за поняттям «Носії струму в металах»?Які проблеми класичної теорії електропровідності металів? Чому лампи розжарювання перегорають? Чому вони перегорають при включенні?Як втратити опір? ПОВТОРИМО

Що таке електричний струм?
Які умови існування струму?
Які дії струму вам відомі?
Що прийнято за напрямок струму?
Якою величиною визначається сила струму в електричному ланцюзі?
Що беруть за одиницю сили струму?
Від яких величин залежить сила струму?
Яка швидкість розповсюдження струму у провіднику?
Яка швидкість упорядкованого руху електронів?
Чи залежить опір від сили струму та напруги?
Як формулюється закон Ома для ділянки ланцюга та для повного ланцюга?

ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ РІЗНИХ РЕЧОВИН

Мандельштам та Папалексі (1913 р.)

Стюарт і Толмен (1916 р.)

У напрямку струму -< 0

По I J I - q ⁄ m = e ⁄ m) це електрони!

Досвід Рікке (нім.) - 1901 р. Рік! M=const, це не іони!

ПРИРОДА НОСІЇВ ЗАРЯДУ У МЕТАЛАХ

Електричний струм у металах - спрямований рух електронів.

Теорія електропровідності металів

П. Друзе, 1900:

вільні електрони - "електронний газ";
електрони рухаються у відповідність до законів Ньютона;
вільні електрони стикаються з іонами христ. грати;
при зіткненні електрони передають іонам свою кінетичну енергію;
середня швидкість пропорційна напруженості і, отже, різниці потенціалів;

R = f (ρ, l, s, t)

термометри опору

Переваги: допомагають вимірювати дуже низькі та дуже високі температури.

надпровідність Ртуть у рідкому гелії

Пояснення – з урахуванням квантової теорії.

Д. Бардін, Л. Купер, Д. Шриффер (амер.) та

Н. Боголюбов (сов. уч. 1957 р.)

Застосування надпровідності!

одержання великих струмів, магнітних полів;
передача електроенергії без втрат.

Контрольний тест

Як рухаються вільні електрони у металах?
Як рухаються вільні електрони у металах під дією електричного поля?
.Які частинки розташовуються у вузлах кристалічних ґрат металів і який заряд вони мають?
Яка дія електричного струму використовується в електролампах?
Рух яких частинок прийнято за напрямок струму у провіднику?
Чому метали нагріваються при проходженні струму?
Як змінюється опір металів під час охолодження їх?

1. Б. 2.Г. 3.В. 4.Г. 5.В. 6.Б. 7.Б.

РЕШІ ЗАВДАННЯ

1.Електричний опір вольфрамової нитки електричної лампи при температурі 23 ° C дорівнює 4 Ом.

Знайдіть електричний опір нитки за 0°C.

(Відповідь: 3,6 Ом)

2. Електричний опір вольфрамової нитки при 0°C дорівнює 3,6 Ом. Знайдіть електричний опір

За температури 2700 До.

(Відповідь: 45,5 Ом)

3. Електричний опір дроту при 20 ° C дорівнює 25 Ом, при температурі 60 ° C дорівнює 20 Ом. Знайдіть

Температурний коефіцієнт електричного опору.

ЩО ЯК ПРЕДСТАВЛЯЄ СЕБЕ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У МЕТАЛАХ?

Електричний струм у металах –це впорядкований рух електронів під впливом електричного поля. Досліди показують, що при протіканні струму металевим провідником не відбувається перенесення речовини, отже, іони металу не беруть участі в переносі електричного заряду.

ПРИРОДА ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ У МЕТАЛАХ

Електричний струм у металевих провідниках жодних змін у цих провідниках, крім їх нагрівання, не викликає.

Концентрація електронів провідності у металі дуже велика: по порядку величини вона дорівнює числу атомів в одиниці обсягу металу. Електрони в металах перебувають у безперервному русі. Їхній безладний рух нагадує рух молекул ідеального газу. Це дало підставу вважати, що електрони у металах утворюють своєрідний електронний газ. Але швидкість безладного руху електронів у металі значно більша за швидкість молекул у газі.

ДОСВІД Е.РІККЕ

Німецький фізик Карл Рікке провів досвід, у якому електричний струм пропускав протягом року через три притиснутих один до одного, відшліфованих циліндра - мідний, алюмінієвий і знову мідний. Після закінчення було встановлено, що є лише незначні сліди взаємного проникнення металів, які перевищують результатів звичайної дифузії атомів у твердих тілах. Вимірювання, проведені з високим ступенем точності, показали, що маса кожного із циліндрів залишилася незмінною. Оскільки маси атомів міді та алюмінію істотно відрізняються один від одного, то маса циліндрів мала б помітно змінитися, якби носіями заряду були іони. Отже, вільними носіями заряду в металах не є іони. Величезний заряд, що пройшов через циліндри, був перенесений, очевидно, такими частинками, які однакові й у міді, й у алюмінії. Природно припустити, що струм металів здійснюють саме вільні електрони.

Карл Віктор Едуард Рікке

ДОСВІД Л.І. МАНДЕЛЬШТАМА І Н.Д. ПАПАЛЕКСІ

Російські вчені Л. І. Мандельштам і Н. Д. Папалексі в 1913 поставили оригінальний досвід. Котушку з дротом стали крутити в різні боки. Розкрутять, за годинниковою стрілкою, потім різко зупинять і назад. Розмірковували вони приблизно так: якщо електрони і справді мають масу, то, коли котушка раптово зупиняється, електрони ще деякий час повинні рухатися за інерцією. Так і вийшло. Під'єднали до кінців дроту телефон і почули звук, а це означало, що через нього протікає струм.

Мандельштам Леонід Ісаакович

Микола Дмитрович Папалексі (1880-1947)

ДОСВІД Т.СТЮАРТА І Р.ТОЛМЕНА

Досвід Мандельштама та Папалексі у 1916 році повторили американські вчені Толмен та Стюарт.

Котушка з великою кількістю витків тонкого дроту приводили в швидке обертання навколо осі. Кінці котушки за допомогою гнучких проводів приєднали до чутливого балістичного гальванометра. Розкручена котушка різко гальмувалась, у ланцюзі виникав короткочасний струм, зумовлений інерцією носіїв заряду. Повний заряд, що протікає ланцюгом, вимірювався по відкидання стрілки гальванометра.

Батлер Стюарт Томас

Річард Чейз Толмен

КЛАСИЧНА ЕЛЕКТРОННА ТЕОРІЯ

Припущення про те, що за електричний струм у металах відповідальні електрони, існувало і до досвіду Стюарта і Толмена. У 1900 році німецький вчений П. Друде на підставі гіпотези про існування вільних електронів у металах створив свою електронну теорію провідності металів, названу після класичною електронною теорією . Відповідно до цієї теорії, електрони в металах поводяться як електронний газ, багато в чому схожий на ідеальний газ. Він заповнює простір між іонами, що утворюють кристалічну решітку металу

На малюнку показано траєкторію одного з вільних електронів у кристалічній решітці металу

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ТЕОРІЇ:

Наявність великої кількості електронів у металах сприяє їхній хорошій провідності.
Під впливом зовнішнього електричного поля на безладне рух електронів накладається впорядкований рух, тобто. з'являється струм.
Сила електричного струму, що йде металевим провідником, дорівнює:
Так як внутрішня будова у різних речовин різна, то й опір теж буде різним.
У разі збільшення хаотичного руху частинок речовини відбувається нагрівання тіла, тобто. Виділення тепла. Тут дотримується закон Джоуля-Ленца:

l = e * n * S * Ū д

ЗВЕРХПРОВІДНІСТЬ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Деякі метали і сплави мають надпровідність, властивість мати строго нульовий електричний опір при досягненні ними температури нижче певного значення (критична температура).

Явище надпровідності було виявлено голландським фізиком Х.Камерлінгом - Онессом в 1911 у ртуті (Т кр = 4,2 про К).

ОБЛАСТЬ ЗАСТОСУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ:

отримання сильних магнітних полів
передача електроенергії від джерела до споживача
потужні електромагніти з надпровідною обмоткою в генераторах, електродвигунах та прискорювачах, в нагрівальних приладах

В даний час в енергетиці існує велика проблема, пов'язана з великими втратами при передачі електроенергії проводів.

Можливе вирішення проблеми:

Будівництво додаткових ЛЕП - заміна проводів на великі поперечні перерізи - підвищення напруги - розщеплення фази

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У МЕТАЛАХ

Слайд 2

Основи електронної теорії провідності На початку XX століття була створена класична електронна теорія провідності металів (П. Друде, 1900, Х. Лоренц, 1904), яка дала просте і наочне пояснення більшості електричних і теплових властивостей металів. Пауль Друде Карл Людвіг - німецький фізик Хендрік Антон Лоренц - голландський фізик

Слайд 3

Рух електронів підпорядковується законам класичної механіки. Електрони не взаємодіють один з одним. Електрони взаємодіють лише з іонами кристалічної решітки, взаємодія це зводиться до зіткнення. У проміжках між зіткненнями електрони рухаються вільно. Електрони провідності утворюють «електронний газ», подібно до ідеального газу. "Електронний газ" підпорядковується законам ідеального газу. За будь-якого зіткнення електрон передає всю накопичену енергію. Класична електронна теорія Друде – Лоренца.

Слайд 4

Електричний струм у металах Іони кристалічних грат металу не беруть участь у створенні струму. Їхнє переміщення при проходженні струму означало б перенесення речовини вздовж провідника, що не спостерігається. Наприклад, у дослідах Е. Рікке (1901) маса і хімічний склад провідника не змінювався при проходженні струму протягом року.

Слайд 5

Висновок: Не відбувається перенесення речовини = > 1) Іони металу не беруть участі у перенесенні електричного заряду. 2) Носії заряду - частки, що входять до складу всіх металів Досвід Рікке 1901

Слайд 6: Електрони взаємодіють не один з одним, а з іонами кристалічних ґрат. При кожному зіткненні електрон передає свою кінетичну енергію

Слайд 7

Експериментальний доказ те, що струм у металах створюється вільними електронами, було дано у дослідах Л.І. Мандельштама і Н. Д. Папалексі (1913, результати не були опубліковані), а також Т. Стюарта і Р. Толмена (1916). Вони виявили, що при різкій зупинці котушки, що швидко обертається, у провіднику котушки виникає електричний струм, створюваний негативно зарядженими частинками - електронами.

Слайд 8

Досвід Мандельштама та Папалексі Висновок: Носії електричного заряду рухаються за інерцією 1913 року.

Слайд 9

Досвід Толмена та Стюарта Висновки: Носіями заряду в металі є негативно заряджені частинки. Відношення => Електричний струм у металах обумовлений рухом електронів 1916 р.

Слайд 10: Іони здійснюють теплові коливання, поблизу положення рівноваги – вузлів кристалічних ґрат. Вільні електрони рухаються хаотично і при своєму русі стикаються з іонами кристалічних ґрат

Слайд 11

Металевий провідник складається з: позитивно заряджених іонів, що коливаються біля положення рівноваги, та 2) вільних електронів, здатних переміщатися по всьому об'єму провідника. У металі без електричного поля електрони провідності хаотично рухаються і зіштовхуються, найчастіше з іонами кристалічної решітки. Сукупність цих електронів можна наближено розглядати як електронний газ, підпорядковується законам ідеального газу. Середня швидкість теплового руху електронів за кімнатної температури становить приблизно 105 м/с.

Слайд 12

Залежність опору провідника R від температури: При нагріванні розміри провідника змінюються мало, а переважно змінюється питомий опір. Питомий опір провідника залежить від температури: де ро - питомий опір при 0 градусів, t - температура, - температурний коефіцієнт опору (тобто відносна зміна питомого опору провідника при нагріванні його на один градус)

Слайд 13

Для всіх металевих провідників α > 0 та слабко змінюється зі зміною температури. Для більшості металів в інтервалі температур від 0 до 100 °С коефіцієнт α змінюється від 3,3⋅10–3 до 6,2⋅10–3 К–1 (таблиця 1). У хімічно чистих металів Існують спеціальні сплави, опір яких практично не змінюється при нагріванні, наприклад, манганін та константан. Їхні температурні коефіцієнти опору дуже малі і рівні відповідно 1⋅10–5 К–1 та 5⋅10–5 К–1.

Слайд 14

Таким чином, для металевих провідників зі зростанням температури збільшується питомий опір, збільшується опір провідника і зменшується ел. Опір провідника при зміні температури можна розрахувати за формулою: R = Ro (1 + t) де Ro - опір провідника за 0 градусів Цельсія t - температура провідника - температурний коефіцієнт опору

Слайд 15: Опір провідника

Опір - це фізична величина, що характеризує ступінь протидії провідника спрямованого руху зарядів. Питомий опір – це опір циліндричного провідника одиничної довжини та одиничної площі поперечного перерізу. Надпровідність - фізичне явище, що полягає в стрибкоподібному падінні опору до нуля при деякій критичній температурі (Т кр) - питомий опір, - довжина провідника, S - площа поперечного перерізу = (1 + ∆ Т) - питомий опір при t = 200 С; - температурний коефіцієнт опору = 1/273 0 К -1 ∆ Т – зміна температури Т,К 0 метал надпровідник Т кр 293

Слайд 16

Надпровідність, властивість багатьох провідників, що полягає в тому, що їх електричний опір стрибком падає до нуля при охолодженні нижче певної критичної температури Т, характерної для даного матеріалу. С. виявлена у більш ніж 25 металевих елементів, у великої кількості сплавів та інтерметалевих з'єднань, а також у деяких напівпровідників.

Слайд 17

В 1911 голландський фізик Камерлінг-Оннес виявив, що при охолодженні ртуті в рідкому гелії її опір спочатку змінюється поступово, а потім при температурі 4,2 К різко падає до нуля.

Слайд 18

Г. Камерлінг-Оннес був удостоєний Нобелівської премії з фізики 1913 «за дослідження властивостей речовини при низьких температурах». Надалі було з'ясовано, що понад 25 хімічних елементів - металів за дуже низьких температур стають надпровідниками. У кожного з них своя критична температура переходу в стан із нульовим опором. Найнижче значення її у вольфраму - 0,012 К, найвище у ніобію - 9 К. Надпровідність спостерігається не тільки у чистих металів, а й у багатьох хімічних сполук та сплавів. При цьому самі елементи, що входять до складу надпровідного з'єднання, можуть бути не надпровідниками. Наприклад, NiBi, Au2Bi, PdTe, PtSb та інші. До 1986 р. були відомі надпровідники, які мають цю властивість при дуже низьких температурах - нижче -259 °С. У 1986-1987 роках було виявлено матеріали з температурою переходу до надпровідного стану близько –173 °С. Це явище отримало назву високотемпературної надпровідності, і для спостереження можна використовувати замість рідкого гелію рідкий азот.

Слайд 19: Надпровідність

Академік В.Л. Гінзбург, нобелівський лауреат за роботи з надпровідності

Слайд 20: Надпровідність металів та сплавів

У багатьох металів і сплавів при температурах, близьких до T =0 К, спостерігається різке зменшення питомого опору – це називається надпровідністю металів. Воно було виявлено голландським фізиком Х.Камерлінгом - Онессом в 1911 у ртуті (Т кр = 4,2 про К). Т P 0

Слайд 21: Загальні відомості

Властивістю надпровідності мають близько половини металів та кілька сотень сплавів. Надпровідні властивості залежать від типу кристалічної структури. Зміна її може перевести речовину зі звичайного в надпровідний стан. Критичні температури ізотопів елементів, що переходять у надпровідний стан, пов'язані з масами ізотопів співвідношенням: Те (Ме) 1/2 = const (ізотопічний ефект) Сильне магнітне поле руйнує ефект надпровідності. Отже, при поміщенні магнітне поле властивість надпровідності може зникнути.

Слайд 22: Реакція на домішки

Введення домішки в надпровідник зменшує різкість переходу до надпровідного стану. У нормальних металах струм зникає приблизно 10 -12 з. У надпровіднику струм може циркулювати роками (теоретично 105 років!).

Слайд 23: Фізична природа надпровідності

Явище надпровідності можна зрозуміти й обгрунтувати лише з допомогою квантових уявлень Вони були представлені 1957 року американськими вченими Дж.Бардіним, Л.Купером, Дж.Шриффером і радянським академіком М.М. Боголюбовим. У 1986 року було відкрито високотемпературна надпровідність сполук лантану, барію та інших елементів (Т= 100 0 До - це температура кипіння рідкого азоту).

Слайд 24

Однак нульовий опір - не єдина риса надпровідності. Ще з теорії Друде відомо, що провідність металів збільшується зі зниженням температури, тобто електричний опір прагне нуля.

Відштовхуючись від нерухомого надпровідника, магніт спливає сам і продовжує парити доти, поки зовнішні умови не виведуть надпровідник з надпровідної фази. В результаті цього ефекту магніт, що наближається до надпровідника, «побачить» магніт зворотної полярності такого самого розміру, що і викликає левітацію.

Слайд 27: Застосування надпровідності

1.Споруджуються потужні електромагніти з надпровідною обмоткою, які створюють магнітне поле без витрат електроенергії на тривалому інтервалі часу, т.к. виділення теплоти немає. 2.Надпровідні магніти використовуються в прискорювачах елементарних частинок, магнітогідродинамічних ігенераторах, що перетворюють енергію струменя розжареного іонізованого газу, що рухається в магнітному полі, електричну енергію. 3. Високотемпературна надпровідність у недалекому майбутньому призведе до технічної революції в радіоелектроніці, радіотехніці. 4. Якщо вдасться створити надпровідники за кімнатної температури, то генератори та електродвигуни стануть виключно компактними і передавати електроенергію буде можливо на великі відстані без втрат.