Природа электрического тока в металлах. Сверхпроводимость.

Природа электрического тока в металлах.

Металлы обладают электронной проводимостью. Экспериментальные доказательства:

Опыт К. Рикке: пропускал ток в сот­ни ампер в течение длительного вре­мени. Ожидал: в алюминии появится медь. Результат: отрицательный, т. е. ток не является направленным движе­нием ионов.

Опыт Стюарта-Толмена:

1913 r. — Мандельштам — Папалекси предложили,

1916 г. — Стюарт — Толмен  осуществили экспериментально.

Длина l _{провода}=500 м (в катушке). Ка­тушка вращалась с v =500 м/с: при рез­ком торможении свободные частицы дви­гались по инерции. По отклонению стрелки гальванометра определяли удельный заряд, по направлению отклонения  - знак заряда.

Электронная теория металлов (П. Друде, Г.А.Лоренц)

1. Свободные электроны в металлах ведут себя как молекулы идеального газа. но  v_эл>> v_тепл.
2. Движение свободных электронов в металлах подчиняется законам Ньютона.
3. Свободные электроны в процессе хаотичного движения стал­киваются преимущественно с ионами кристаллической решетки.
4. Двигаясь до следующего столкновения с ионами, электроны ускоряются электрическим полем и приобретают кинетическую энергию Е_к.

Построить удовлетворительную количественную теорию дви­жения электронов в металле на основе законов классической механики невозможно. Но можно примерно объяснить закон Ома.

- зависимость удельного сопротивления металла от температуры, гдеa - температурный коэффициент сопротивления (табличная величина). Полностью правильно объяснить проводимость металлов позволяет только квантовая теория.

Сверхпроводимость.

Явление открыто Х.Камерлинг-Оннесом (Голландия) в 1911 г. на ртути и заключается в том, что при сверхнизких температурах сопротивление проводника может скачком падать до 0. Т.е. в таких проводниках не расходуется энергия на нагревание. В 1933 г. В.Мейснер открыл явление, состоящее в том, что внешнее магнитное поле не проникает в глубь сверхпроводника, если величина магнитного поля меньше критического значения (эффект Мейснера). В настоящее время открыты предсказанные В.Гинзбургом высокотемпературные сверхпроводники (температуры выше температуры жидкого азота).