Меню

Краткое содержание параграфа по физике 8 класс электрический ток в металлах

Конспект урока «Электрический ток в металлах» физика 8 класс

Программа: автор А.В.Перышкин

Раздел “Электрические явления”

Тема “Электрический ток в металлах. Действия электрического тока”

Цель: Формирование у обучающихся знаний об электрическом токе в металлах, действиях электрического тока и их применениях.

Образовательная – формирование единых взглядов на природу электрического тока в металлах, формирование умения работать с электрическими схемами.

Развивающая – формирование умения находить ошибки и не допускать их при применении знаний на практике, а также логично объяснять новые явления, применять свои знания в нестандартных ситуациях.

Воспитательная – воспитание внимательности, познавательного интереса к предмету;

формирование умения строить логическую цепочку рассуждений;

воспитывать дисциплинированность, ответственное отношение к учебному труду;

выработка личностных качеств: аккуратности, внимательности при заполнении тетрадей, точности ответов; показать тесную связь физики с жизнью.

Тип урока — комбинированный

Формы работы учащихся — индивидуальная, фронтальная

СТРУКТУРА И ХОД УРОКА

Сообщение темы урока, гипотезы, цели и задач урока

Обеспечение мотивации и принятия учащимися цели учебно-познавательной деятельности

Принимают участие в формулировке цели урока, отвечают на вопросы учителя.

Изучение нового материала.

Демонстрация учебного материала (презентация) Работа с учебником (стр.79 – 80)

Объясняет новый материал

Смотрят и слушают, работают с учебником

Воспринимают информацию, сообщаемую учителем. Составляют конспект.

Формулирование вопросов учащимися учителю по изученному материалу.

Отвечает на вопросы.

Предлагает физическую зарядку

Формулирование контрольного задания.

Предлагает тест по изученному материалу и анализирует результат выполнения задания учащимися.

Знакомятся с заданием и выполняют его, самопроверка

Обобщение, систематизация, закрепление знаний по изученному материалу.

Предлагает дополнительный материал, применяемый в жизни

Выслушивают доклад ученика

Рефлексия. Подведение итогов урока.

Формулирует и комментирует домашнее задание

Слушают и фиксируют в дневниках

Готовность к активной учебно-познавательной деятельности, понимание практической значимости материала.

Мультимедийная презентация повышает наглядность предлагаемого для изучения материала, позволяет активизировать внимание учащихся, предоставляет возможность демонстрации опытов, представление которых на уроке затруднительно.

Использование компьютера при работе с тестами позволяет быстро оценить уровень усвоенных учащимися знаний, что позволяет оперативно осуществлять обратную связь на уроке с целью коррекции возможных ошибок учащихся.

Средства обучения.

Компьютер, мультимедийный проектор, экран, электронные учебные издания.

Учитель: Повторим изученное.

Пять человек собирают цепи (которые впоследствии будут демонстрировать действия тока).

Остальные отвечают на вопросы и выполняют задания.

1. Электрический ток — …

2. Условия получения электрического тока

3. Что происходит внутри источника питания

4. Что такое электрический полюс

5. Виды источников тока (показать). Какое преобразование энергии происходит?

Условные обозначения, применяемые в схемах

Почему не горит исправная лампа в первой цепи при замыкании ключа?

(Рис. 1) Почему не звенит звонок во второй цепи при замыкании цепи? (Рис. 2)

hello_html_m39844fbb.png

1. Из источника питания, ключа, звонка, лампы.

2. Исправить схему так, чтобы лампа и звонок можно было включить отдельно.

О золотом кольце

— Зачем надевают кольцо золотое

На палец. Когда обручаются двое? –

Меня любопытная леди спросила.

Не став пред вопросом в тупик,

Ответил я так собеседнице милой:

— Владеет любовь электрической силой.

А золото – проводник.

Р. Бернс

Учитель: почему в металлических проводниках протекает электрический ток?

Цель: познакомиться с особенностями электрического тока в металлах и его действиями.

1. Повторить строение металлов

2. Убедиться, что металл в обычных условиях нейтрален

3. Выяснить, что представляет собой электрический ток в металлах

4. Представить доказательства физиков

Учитель объявляет тему урока

Учитель: Что называется металлом?

Самое известное из ранних определений металла было дано в середине XVIII века М.В. Ломоносовым:

“ Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец”.

Спустя два с половиной века многое стало известно о металлах. К числу металлов относится более 75% всех элементов таблицы Д. И. Менделеева, и подобрать абсолютно точное определение для металлов – почти безнадежная задача.

(МЕТАЛЛЫ — это вещества, обладающие высокой электропроводностью и теплопроводностью, ковкостью, пластичностью и металлическим блеском)

(Работа с учебником. Рассмотрим рис.52 (стр.79 – 80) [1]

Модель металла — кристаллическая решетка, в узлах которой частицы совершают хаотичное колебательное движение.

hello_html_59312325.jpg

Учащиеся выполняют опорный конспект (записи в тетрадях)

В узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы

В пространстве между ними движутся свободные электроны

Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решетки

Электроны взаимодействуют не друг с другом, а с ионами кристаллической решётки. При каждом соударении электрон передаёт свою кинетическую энергию.

Учащиеся рассматривают интерактивную модель строения металла

Учитель: рассматриваем видеофрагмент и делаем выводы

1. В обычных условиях металл электрически нейтрален

2. Свободные электроны движутся в нём беспорядочно

3. Если создать в металле электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться направленно (упорядоченно), т. е. возникнет электрический ток

4. Беспорядочное движение электронов сохраняется

Учитель: Что представляет собой электрический ток в металлах?

Минутка отдыха. Учитель предлагает физические упражнения движения заряженных частиц (колебания положительных частиц около положения равновесия и беспорядочного движения отрицательных частиц). Зарядка для глаз.

Подтверждение теоретического материала. Рассматриваем опыты физиков из нашей страны Леонида Исааковича Мендельштама и Николая Дмитриевича Папалекси, а также американских физиков Бальфура Стюарта и Роберта Толмена.

Опыт Мандельштама и Папалекси проведен в 1916 году. Цель опыта состояла в проверке того, есть ли масса у носителя электрического тока, электрона. Если масса у электрона есть, то он должен подчиняться законам механики, в частности закону инерции. К примеру, если движущийся проводник резко затормозить, то электроны еще некоторое время будут двигаться в том же направлении по инерции.

Для этой проверки исследователи вращали катушку с проходящим током, а затем резко останавливали ее. Возникающий бросок тока регистрировали с помощью телефона.

По щелчку тока в телефонах Мандельштамм и Папалекси установили, что электрон обладает массой. Но измерить эту массу они не смогли. Поэтому этот опыт — качественный.

Позже американские физики Толмен и Стюарт, используя ту же идею вращения катушки, измерили массу электрона. Для этого они измеряли возникающий при торможении катушки заряд на ее выводах.

Рассмотреть интерактивную модель опытов.

Учитель: какова же скорость движения самих электронов в проводнике под действием электрического поля? Что возникает в проводнике и распространяется с большой скоростью?

Учащиеся находят ответы в учебнике (стр. 80):

Невелика, всего несколько миллиметров в секунду, а иногда и ещё меньше.

Читайте также:  Частота в высоковольтных переменных тока

Если возникает в проводнике электрическое поле, оно с огромной скоростью распространяется по всей длине проводника (близкой к скорости света 300 000 км/с), одновременно начинают двигаться электроны в одном направлении по всей длине проводника

Сравнение электрического тока с течением воды в водопроводе, а распространения электрического поля – с распространением давления воды.

Как направлен ток? Указать на схемах.

Тестирование. Самопроверка, самооценка.

Учитель: вернемся к цепям, которые собрали в начале урока.

Действия тока

1. Тепловое. Где применяется

2. Механическое. Где применяется.

3. Магнитное. Где применяется.

4. Химическое. Где применяется

5. Световое, звуковое.

6. Физиологическое. Электрический ток действует не только в местах контактов с телом человека и на пути прохождения через организм, но и вызывает рефлекторное действие, проявляющееся в нарушении нормальной деятельности сердечно-сосудистой и нервной системы, дыхания и т. д.

Термическое действие характеризуется нагревом тканей, вплоть до ожогов; электролитическое разложением органических жидкостей, в том числе и крови; биологическое действие электрического тока проявляется в нарушении биоэлектрических процессов и сопровождается раздражением и возбуждением живых тканей и сокращением мышц.

Закрепление материала . Учащиеся отвечают на вопросы.

Как объяснить, что в обычных условиях металл электрически нейтрален?

Что происходит с электронами металла при возникновении в нем электрического поля?

Что представляет собой электрический ток в металлах?

Какую скорость имеют ввиду, когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике?

(Рефлексия. Итоги урока.

Домашнее задание параграф 34, 35

1. Физика 8 класс / А.В. Перышкин.- М.: Дрофа, 2011 г.

2. Тесты по физике /А.В. Чеботарева. Издательство “Экзамен” – М., 2010 г. (к учебнику А.В. Перышкина)

3. Сборник задач по физике / В.И.Лукашик, Е.В.Иванова.- М.:

Источник

Электрический ток в металлах

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику переноса вещества не происходит, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

Наиболее убедительное доказательство электронной природы тока в металлах было получено в опытах с инерцией электронов. Идея таких опытов и первые качественные результаты (1913 г.) принадлежат русским физикам Л.И. Мандельштаму и Н.Д. Папалекси В 1916 году американский физик Р. Толмен и шотландский физик Б. Стюарт усовершенствовали методику этих опытов и выполнили количественные измерения, неопровержимо доказавшие, что ток в металлических проводниках обусловлен движением электронов.

Схема опыта Толмена и Стюарта показана на рис. 1.12.1. Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру Г. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся по отбросу стрелки гальванометра.

Схема опыта Толмена и Стюарта

При торможении вращающейся катушки на каждый носитель заряда e действует тормозящая сила которая играет роль сторонней силы, то есть силы неэлектрического происхождения. Сторонняя сила, отнесенная к единице заряда, по определению является напряженностью Eст поля сторонних сил:

Следовательно, в цепи при торможении катушки возникает электродвижущая сила , равная

где l – длина проволоки катушки. За время торможения катушки по цепи протечет заряд q, равный

Здесь I – мгновенное значение силы тока в катушке, R – полное сопротивление цепи, υ – начальная линейная скорость проволоки.

Отсюда удельный заряд e / m свободных носителей тока в металлах равен:

Все величины, входящие в правую часть этого соотношения, можно измерить. На основании результатов опытов Толмена и Стюарта было установлено, что носители свободного заряда в металлах имеют отрицательный знак, а отношение заряда носителя к его массе близко к удельному заряду электрона, полученному из других опытов. Так было установлено, что носителями свободных зарядов в металлах являются электроны.

По современным данным модуль заряда электрона (элементарный заряд) равен

а его удельный заряд есть

Хорошая электропроводность металлов объясняется высокой концентрацией свободных электронов, равной по порядку величины числу атомов в единице объема.

Предположение о том, что за электрический ток в металлах ответственны электроны, возникло значительно раньше опытов Толмена и Стюарта. Еще в 1900 году немецкий ученый П. Друде на основании гипотезы о существовании свободных электронов в металлах создал электронную теорию проводимости металлов. Эта теория получила развитие в работах голландского физика Х. Лоренца и носит название классической электронной теории. Согласно этой теории, электроны в металлах ведут себя как электронный газ, во многом похожий на идеальный газ. Электронный газ заполняет пространство между ионами, образующими кристаллическую решетку металла (рис. 1.12.2).

Газ свободных электронов в кристаллической решетке металла. Показана траектория одного из электронов

Из-за взаимодействия с ионами электроны могут покинуть металл, лишь преодолев так называемый потенциальный барьер. Высота этого барьера называется работой выхода. При обычных (комнатных) температурах у электронов не хватает энергии для преодоления потенциального барьера.

Из-за взаимодействия с кристаллической решеткой потенциальная энергия выхода электрона внутри проводника оказывается меньше, чем при удалении электрона из проводника. Электроны в проводнике находятся в своеобразной «потенциальной яме», глубина которой и называется потенциальным барьером.

Как ионы, образующие решетку, так и электроны участвуют в тепловом движении. Ионы совершают тепловые колебания вблизи положений равновесия – узлов кристаллической решетки. Свободные электроны движутся хаотично и при своем движении сталкиваются с ионами решетки. В результате таких столкновений устанавливается термодинамическое равновесие между электронным газом и решеткой. Согласно теории Друде–Лоренца, электроны обладают такой же средней энергией теплового движения, как и молекулы одноатомного идеального газа. Это позволяет оценить среднюю скорость теплового движения электронов по формулам молекулярно-кинетической теории. При комнатной температуре она оказывается примерно равной 10 5 м/с.

При наложении внешнего электрического поля в металлическом проводнике кроме теплового движения электронов возникает их упорядоченное движение (дрейф), то есть электрический ток. Среднюю скорость дрейфа можно оценить из следующих соображений. За интервал времени Δt через поперечное сечение S проводника пройдут все электроны, находившиеся в объеме

Число таких электронов равно , где n – средняя концентрация свободных электронов, примерно равная числу атомов в единице объема металлического проводника. Через сечение проводника за время Δt пройдет заряд Отсюда следует:

или

Концентрация n атомов в металлах составляет 10 28 –10 29 м –3 .

Оценка по этой формуле для металлического проводника сечением 1 мм 2 , по которому течет ток 10 А, дает для средней скорости упорядоченного движения электронов значение в пределах 0,6–6 мм/c. Таким образом,

Читайте также:  Фазы колебаний переменного синусоидального тока это

средняя скорость упорядоченного движения электронов в металлических проводниках на много порядков меньше средней скорости их теплового движения

Рис. 1.12.3 дает представление о характере движения свободного электрона в кристаллической решетке.

Движение свободного электрона в кристаллической решетке: а – хаотическое движение электрона в кристаллической решетке металла; b – хаотическое движение с дрейфом, обусловленным электрическим полем. Масштабы дрейфа сильно преувеличены

Малая скорость дрейфа на противоречит опытному факту, что ток во всей цепи постоянного тока устанавливается практически мгновенно. Замыкание цепи вызывает распространение электрического поля со скоростью c = 3·10 8 м/с. Через время порядка l / c (l – длина цепи) вдоль цепи устанавливается стационарное распределение электрического поля и в ней начинается упорядоченное движение электронов.

В классической электронной теории металлов предполагается, что движение электронов подчиняется законам механики Ньютона. В этой теории пренебрегают взаимодействием электронов между собой, а их взаимодействие с положительными ионами сводят только к соударениям. Предполагается также, что при каждом соударении электрон передает решетке всю накопленную в электрическом поле энергию и поэтому после соударения он начинает движение с нулевой дрейфовой скоростью.

Несмотря на то, что все эти допущения являются весьма приближенными, классическая электронная теория качественно объясняет законы электрического тока в металлических проводниках.

Закон Ома. В промежутке между соударениями на электрон действует сила, равная по модулю eE, в результате чего он приобретает ускорение . Поэтому к концу свободного пробега дрейфовая скорость электрона равна

где τ – время свободного пробега, которое для упрощения расчетов предполагается одинаковым для всех электронов. Среднее значение скорости дрейфа равно половине максимального значения:

Рассмотрим проводник длины l и сечением S с концентрацией электронов n. Ток в проводнике может быть записан в виде:

где U = El – напряжение на концах проводника. Полученная формула выражает закон Ома для металлического проводника. Электрическое сопротивление проводника равно:

а удельное сопротивление ρ и удельная проводимость ν выражаются соотношениями:

Закон Джоуля-Ленца.

К концу свободного пробега электроны под действием поля приобретают кинетическую энергию

Согласно сделанным предположениям вся эта энергия при соударениях передается решетке и переходит в тепло.

За время Δt каждый электрон испытывает Δt / τ соударений. В проводнике сечением S и длины l имеется nSl электронов. Отсюда следует, что выделяемое в проводнике за время Δt тепло равно:

Это соотношение выражает закон Джоуля-Ленца.

Таким образом, классическая электронная теория объясняет существование электрического сопротивления металлов, законы Ома и Джоуля–Ленца. Однако в ряде вопросов классическая электронная теория приводит к выводам, находящимся в противоречии с опытом.

Эта теория не может, например, объяснить, почему молярная теплоемкость металлов, также как и молярная теплоемкость диэлектрических кристаллов, равна 3R, где R – универсальная газовая постоянная (закон Дюлонга и Пти, см. ч. I, § 3.10). Наличие свободных электронов на сказывается на величине теплоемкости металлов.

Классическая электронная теория не может также объяснить температурную зависимость удельного сопротивления металлов. Теория дает соотношение , в то время как из эксперимента получается зависимость ρ

T. Однако наиболее ярким примером расхождения теории и опытов является сверхпроводимость.

Согласно классической электронной теории, удельное сопротивление металлов должно монотонно уменьшаться при охлаждении, оставаясь конечным при всех температурах. Такая зависимость действительно наблюдается на опыте при сравнительно высоких температурах. При более низких температурах порядка нескольких кельвинов удельное сопротивление многих металлов перестает зависеть от температуры и достигает некоторого предельного значения. Однако наибольший интерес представляет удивительное явление сверхпроводимости, открытое датским физиком Х.Каммерлинг-Онесом в 1911 году. При некоторой определенной температуре Tкр, различной для разных веществ, удельное сопротивление скачком уменьшается до нуля (рис. 1.12.4). Критическая температура у ртути равна 4,1 К, у аллюминия 1,2 К, у олова 3,7 К. Сверхпроводимость наблюдается не только у элементов, но и у многих химических соединений и сплавов. Например, соединение ниобия с оловом (Ni3Sn) имеет критическую температуру 18 К. Некоторые вещества, переходящие при низких температурах в сверхпроводящее состояние, не являются проводниками при обычных температурах. В то же время такие «хорошие» проводники, как медь и серебро, не становятся сверхпроводниками при низких температурах.

Зависимость удельного сопротивления ρ от абсолютной температуры T при низких температурах: a – нормальный металл; b – сверхпроводник

Вещества в сверхпроводящем состоянии обладают исключительными свойствами. Практически наиболее важным их них является способность длительное время (многие годы) поддерживать без затухания электрический ток, возбужденный в сверхпроводящей цепи.

Классическая электронная теория не способна объяснить явление сверхпроводимости. Объяснение механизма этого явления было дано только через 60 лет после его открытия на основе квантово-механических представлений.

Научный интерес к сверхпроводимости возрастал по мере открытия новых материалов с более высокими критическими температурами. Значительный шаг в этом направлении был сделан в 1986 году, когда было обнаружено, что у одного сложного керамического соединения Tкр = 35 K. Уже в следующем 1987 году физики сумели создать новую керамику с критической температурой 98 К, превышающей температуру жидкого азота (77 К). Явление перехода веществ в сверхпроводящее состояние при температурах, превышающих температуру кипения жидкого азота, было названо высокотемпературной сверхпроводимостью. В 1988 году было создано керамическое соединение на основе элементов Tl–Ca–Ba–Cu–O с критической температурой 125 К.

В настоящее время ведутся интенсивные работы по поиску новых веществ с еще более высокими значениями Tкр. Ученые надеятся получить вещество в сверхпроводящем состоянии при комнатной температуре. Если это произойдет, это будет настоящей революцией в науке, технике и вообще в жизни людей.

Следует отметить, что до настоящего времени механизм высокотемпературной сверхпроводимости керамических материалов до конца не выяснен.

Источник

Электрический ток в металлах

Урок 34. Физика 8 класс

Доступ к видеоуроку ограничен

Конспект урока «Электрический ток в металлах»

Мы уже знаем, что в твёрдом состоянии частицы в телах расположены в определённом порядке, который называется кристаллической решёткой.

Металлы, как мы помним, являются хорошими проводниками, поскольку в пространстве между положительными ионами, двигаются свободные электроны. На прошлом уроке мы уже узнали, что эти электроны двигаются беспорядочно, до тех пор, пока в металле не возникнет электрическое поле.

Итак, ток в металлах обусловлен упорядоченным движением свободных электронов. Из бытового опыта мы знаем, что если нажать на выключатель в комнате, то лампочка загорается мгновенно. Означает ли это, что электроны способны двигаться настолько быстро? Не совсем так: сами электроны преодолевают несколько миллиметров за секунду, однако, электрическое поле распространяется по всему проводнику практически мгновенно. Лампочка загорается сразу после нажатия на выключатель, потому что в самой спирали лампочки уже есть электроны, нужно только упорядочить их движение. Как только это происходит, через лампочку начинает проходить электрический ток, и мы видим свет.

Читайте также:  Определить силу тока в круговом контуре индуктивностью

Движение электронов и распространение электрического тока часто сравнивают с течением воды. Действительно, существует не одно сходство: например и ток, и вода идут по пути наименьшего сопротивления. Вода всегда огибает камень, а ток всегда стремиться пойти по пути, на котором стоит резистор с наименьшим значением. Также, мы знаем, что и вода начинает течь, едва мы только откроем кран. Это не означает, что вода мгновенно переместилась к нам в квартиру из водонапорной башни. Просто водонапорная башня создаёт давление, в результате чего, вода заполняет все каналы водопроводной системы. Как только мы поворачиваем кран, вода под давлением вытекает из него. Также, когда мы нажимаем на выключатель, цепь замыкается, и электрическое поле попадает в лампочку, где уже находятся электроны. Поэтому распространение электрического поля происходит со скоростью, сравнимой со скоростью света. Исходя из размеров Земли, можно утверждать, что ток распространяется практически мгновенно на любые земные расстояния.

Задача 1. Проходит ли ток через металлический стержень, лежащий на столе?

Нет. Ведь стержень не находится под влиянием электрического поля, а, значит, движение свободных электронов беспорядочно. Суммарный заряд положительных частиц равен суммарному заряду отрицательных частиц, поэтому стержень электрически нейтрален.

Задача 2. Допустим, мы смогли каким-то образом сосредоточить положительные частицы на одном стержне, а отрицательные частицы — на другом стержне. Если эти стержни соединить проводником, возникнет ли в нём ток?

Конечно, ведь между стержнями создастся электрическое поле, которое упорядочит движение свободных электронов в проводнике. А упорядоченное движение свободных электронов — это и есть электрический ток.

Задача 3. Кабель соединяет станцию и дом, находящийся в 10 км от этой станции. Скорость свободных электронов составляет 5 мм/с. Через какое время ток дойдёт от станции до дома?

Ток дойдёт до дома мгновенно, поскольку под скоростью тока подразумевается распространение электрического поля, поэтому скорость движения отдельных электронов не имеет значения. Даже если мы возьмем за скорость распространения электрического поля только 80% скорости света, мы всё равно получим ничтожное маленький промежуток времени.

Источник



Электрический ток в металлах

Свободные электроны в металлах

Вещества, относящиеся к металлам, могут находиться как в твердом, так и в жидком состоянии (ртуть, галлий, цезий и др.). При этом все они являются проводниками электрического тока. Твердые вещества имеют структуру жесткой кристаллической решетки, в узлах которых “сидят” положительно заряженные ионы, совершающие небольшие колебания относительно точки равновесия. В объеме кристалла всегда присутствует большое количество свободных электронов, которые вырвались с орбит атомов в результате механических соударений или воздействия излучений.

Механизм электрического тока в металлах

Рис. 1. Механизм электрического тока в металлах.

Это электронное “облако” движется беспорядочно, хаотично до тех пор, пока к металлу не будет приложено электрическое поле. Электрическое поле E, созданное внешним источником (батареей, аккумулятором), действует на заряд q с силой F:

Под действием этой силы электроны приобретают ускорение в одном направлении и, таким образом, появляется электрический ток в цепи.

Многочисленные наблюдения показали, что при прохождении электрического тока масса проводников и их химический состав не изменяются. Отсюда следует вывод, что ионы металлов, которые составляют основную массу вещества, не принимают участия в переносе электрического заряда.

Опыт Мандельштама и Папалекси

Электронную природу тока в металле первыми экспериментально доказали российские физики Мандельштам и Папалекси в 1913 г. Для того, чтобы выяснить, какие частицы создают электрический ток в металлах, они — без подключения внешнего источника — регистрировали ток в катушке из металлического провода, которую сначала сильно раскручивали вокруг собственной оси, а затем резко останавливали. Поскольку у электрона есть масса, то он должен подчиняться закону инерции. Поэтому в момент остановки атомы решетки останутся на месте, а свободные электроны по инерции, какое-то время, продолжат движение в прежнем направлении. То есть в цепи должен появиться электрический ток. Эксперименты подтвердил это предположение — после остановки катушки исследователи регистрировали бросок тока в цепи.

Опыт Мандельштама и Папалекси

Рис. 2. Опыт Мандельштама и Папалекси.

Этот эксперимент в 1916 г. повторили американцы Стюарт и Толмен. Им удалось повысить точность измерений и получить отношение заряда электрона eэ к значению массы электрона mэ:

Этот фундаментальный результат совпал с полученными данными из других экспериментов, поставленных на основе измерения других параметров. Впервые эту величину в 1897 г. измерил англичанин Джозеф Томсон по отклонению пучка электронов в зависимости от напряженности электрического поля.

Скорость распространения электрического тока

Скорость распространения электрического поля в металле близка к скорости света в вакууме, которая равна 300000 км/с. Но это не значит, что электроны внутри вещества двигаются с такой же скоростью. Для проводника с площадью поперечного сечения S = 1 мм 2 при силе тока I = 1 A скорость упорядоченного движения электронов равна v = 6*10 -5 м/с. То есть за одну секунду электроны в проводнике за счет упорядоченного движения проходят всего 0,06 мм.

Такие малые значения скоростей движения электронов в проводниках не приводят к запаздыванию включения электрических ламп, включения бытовых приборов и т.д., так как при подаче напряжения вдоль проводов со скоростью света распространяется электрическое поле. Эта скорость настолько велика, что позволяет приводить в движение свободные электроны практически мгновенно во всех проводниках электрической цепи.

Применение свойств электрического тока в металлах

Физические свойства электрического тока используются в различных областях жизнедеятельности:

  • Способность электрического тока нагревать проводники используется для изготовления нагревательных бытовых и промышленных приборов;
  • Вокруг провода с электрическим током возникает магнитное поле, что позволило создать электродвигатели, без которых сегодня невозможно обойтись;
  • Передача электроэнергии на различные расстояния осуществляется по проводам линий электропередачи (ЛЭП), по которым течет электрический ток.

Применение электрического тока

Рис. 3. Применение электрического тока.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что электрический ток в металлах создается упорядоченным движением свободных электронов. Экспериментальное доказательство того, что электрический ток в металлах создают электроны, впервые получили российские физики Мандельштам и Папалекси. Физические свойства электрического тока в металлах позволили создать большое количество бытовых и промышленных устройств.

Источник