1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Електричний струм в металах

Електричний струм в металах

Метали у твердому стані мають кристалічну будову. Частинки в кристалах розташовані в певному порядку, утворюючи просторову (кристалічну) грати. Як вам вже відомо, в будь-якому металі частина валентних електронів залишає свої місця в атомі, в результаті чого атом перетворюється в позитивний іон. У вузлах кристалічної решітки металу розташовані позитивні іони, а в просторі між ни-ми рухаються вільні електрони (електронний газ), тобто не пов’язані з ядрами своїх атомів.

Негативний заряд всіх вільних електронів за абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх іонів решітки. Тому в звичайних умовах метал електрично нейтральний.
Які ж електричні заряди рухаються під дією електричного поля в металевих провідниках? Ми можемо припустити, що під дією електричного поля рухаються вільні електрони. Але це наше припущення потребує доказі.

У 1899 р. К. Ріке на трамвайній підстанції в Штуттгарті включив в головний провід, що живить трамвайні лінії, послідовно один одному торцями три тісно притиснутих циліндра; два крайніх були мідними, а середній – алюмінієвим. Через ці циліндри більше року проходив електричний струм. Провівши ретельний аналіз того місця, де циліндри контактували, К. Ріке не виявив у міді атомів алюмінію, а в алюмінії – атомів міді, тобто дифузія не відбулася. Таким чином, він експериментально довів, що при проходженні по провіднику електричного струму іони не переміщуються. Слідчий-але, переміщуються одні лише вільні електрони, а вони у всіх речовин однакові.
Існування електронів провідності в металах було доведено вченими, і в іншому досліді. Якщо привести в швидке обертання дротяну котушку, а потім її різко зупинити, то у такому ланцюгу електровимірювальний прилад покаже наявність короткочасного струму, хоча в ланцюзі немає джерела струму. Це продовжували рухатися електрони провідності.
Отже, електричний струм у металевих провідниках являє собою впорядкований рух вільних електронів під дією електричного поля.

Якщо в провіднику немає електричного поля, то електрони рухаються хаотично, подібно до того, як рухаються молекули газів або рідин. У кожен момент часу швидкості різних електронів відрізняються за модулями і за напрямками. Якщо ж у провіднику створено електричне поле, то електрони, зберігаючи своє хаотичний рух, починають зміщуватися в бік позитивного полюса джерела. Разом з безладним рухом електронів виникає і впорядкований їх перенесення – дрейф.

Швидкість упорядкованого руху електронів у провіднику під дією електричного поля невелика – кілька міліметрів в секунду, а іноді і ще менше. Але як тільки в провіднику виникає електричне поле, вона з величезною швидкістю, близькою до швидкості світла у вакуумі (300 000 км /с ), поширюється по всій довжині провідника.

Одночасно з поширенням електричного поля електрони починають рухатися в одному напрямку по всій довжині провідника. Так, наприклад, при замиканні ланцюга електричної лампи у впорядкований рух приходять і електрони, наявні в спіралі лампи.

Зрозуміти це допоможе порівняння електричного струму з плином води у водопроводі, а поширення електричного поля – з поширенням тиску води. При підйомі води в водонапірну вежу дуже швидко по всій водопровідній системі поширюється тиск (напір) води. Коли ми відкриваємо кран, то вода вже перебуває під тиском і починає текти. Але з крана тече та вода, яка була в ньому, а вода з вежі дійде до крана багато пізніше, т. к. рух води відбувається з меншою швидкістю, ніж поширення тиску.

Коли говорять про швидкість поширення електричного струму в провіднику, то мають на увазі швидкість поширення по провіднику електричного поля.
Електричний сигнал, посланий, наприклад, по проводах з Москви до Владивостока (s=8000 км), приходить туди приблизно через 0,03 с.

ПОДІЛИТИСЯ: