Теории проводимости металлов (КТПМ)
Создатели классической электронной теории проводимости – Друдэ и Лоренц. Согласно этой теории высокая электропроводность металлов объясняется: 1) наличием громадного количества свободных электронов; 2) движение электронов подчиняется законам классической механики Ньютона; 3) в этой теории пренебрегают взаимодействием электронов между собой, а взаимодействие электронов с положительными ионами сводят только к соударениям. Таким образом, электроны проводимости в теории Друдэ-Лоренца рассматриваются как электронный газ, обладающий свойствами одноатомного идеального газа. j = ne‹V›.(2.1) На каждый электрон действует сила F = eE, которая сообщает ему ускорение: F = ma = . Скорость электрона изменяется от 0 до Vmax. Тогда средняя скорость дрейфа электрона: – среднее время свободного пробега электрона (т.е. среднее время между двумя последовательными соударениями). 1/γ = ρ – удельное сопротивление проводника. Таким образом, получаем – это закон Ома в дифференциальной форме:плотность тока проводимости j равна произведению удельной электропроводности проводника на напряженность электрического поля в проводнике. Вектора j и Е имеют одинаковое направление.
Обобщенный закон Ома Если в проводнике создать электрическое поле и не принять мер для его поддержания, то перемещение носителей тока приведет очень быстро к тому, что напряженность внутри проводника станет равной нулю и ток прекратится. Таким образом, при наличии лишь кулоновских сил невозможно поддерживать в цепи электрический ток. Следовательно, для поддержания в цепи постоянного тока необходимо, чтобы на носители тока действовали помимо кулоновских сил иные силы, не электростатического происхождения, называемые сторонними. Если кулоновские силы вызывают соединение разноименных зарядов, выравнивание потенциала и исчезновение поля в проводнике, то сторонние силы, наоборот вызывают разделение разноименных зарядов и поддерживают разность потенциалов на концах проводника. Сторонние силы действуют на носители тока внутри источников электрической энергии (гальванических элементов, аккумуляторов, электрических генераторов и т.п.). В общем случае, на носитель тока q, действует сила: где – напряженность поля кулоновских сил, – напряженность поля сторонних сил. Тогда Умножим скалярно обе части равенства на dl.|dl | – длина элемента проводника. Вектор dlнаправлен по току. Интегрируем данное выражение по длине участка цепи 1-2: электродвижущая сила (ЭДС), действующая на участке 1-2. – ЭДС численно равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. – напряжение на участке цепи 1-2. Напряжение – это физическая величина, численно равная суммарной работе, совершаемой кулоновскими и сторонними силами при перемещении по участку 1-2 единичного положительного заряда. Таким образом, U12 = (φ1 – φ2) + ε12. Сопротивление на участке 1-2:
Закон Джоуля-Ленца
При столкновении электронов (носителей тока) с атомами электроны теряют свою энергию. Эта энергия переходит в энергию хаотического движения атомов, т.е. в тепловую. Q = I 2R t – закон Джоуля-Ленца для постоянного тока I = const. Если ток изменяется со временем, то Данные формулы – интегральная форма записи закона, она выражает тепло, выделяющееся во всем проводнике. Дифференциальная форма записи закона Джоуля-Ленца позволяет вычислить тепло, выделяющееся в различных точках проводника: Qуд = ρ j 2, где ρ – удельное сопротивление, j – плотность тока, – количество тепла, выделяющееся в единицу времени в единице объема.
Популярное: Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (454)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |