• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Електропровідність металів

Nqu.

У металах і їх сплавах є велика кількість вільних, тобто не зв'я­заних з конкретними атомами, електронів. В кристалі об'ємом 1 см³ міститься 10²³ - 10²² атомів. Якщо прийняти, що атоми в металі іонізовані однократно, то концентрація вільних електронів рівна концентрації атомів. Ці вільні електрони та іони кристалічної ґрат­ки перебувають у безперервному хаотичному русі. Іони тільки коливаються навколо своїх положень рівноваги, а вільні електро­ни можуть переміщатися у всьому об'ємі металу. Розміри елект­ронів дуже малі порівняно з відстанями між іонами ґратки, а хао­тичний рух подібний до руху молекул газу. Інколи їх називають "електронним газом ".

Гіпотеза про електронний газ підтверджується експеримента­льно, а саме:

За тривалого протікання струму в колі, складеному з прові­дників різних металів, атоми одного металу не проникають в інші, тобто атоми металу не переміщуються разом зі струмом.

За раптової зупинки провідника, який швидко рухався, вільні електрони за інерцією продовжуть деякий час рухатись і на кін­цях загальмованого провідника виникає різниця потенціалів.

Якщо в металі відсутнє електричне поле, то рух електронів є хаотичний, тобто в будь-який момент швидкості окремих елект­ронів спрямовані в різні напрями (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Напрям руху електронів за відсутності поля

Такий рух не викликає струму, тому що внаслідок повної хао­тичності в кожному напрямі буде рухатись стільки ж електронів, як і в протилежному. Геометрична сума швидкостей v_т електро­нів для достатньо великого об'єму металу дорівнює нулю і струм відсутній.

Якщо ж ми прикладемо до кінців провідника різницю потенціа­лів, тобто створимо в середині металу градієнт електричного поля, то на кожний електрон діятиме сила F= Ее. Електрон з масою т, розташований в "пустому" міжіонному просторі, який не гальмує його руху, отримає пришвидшення в напрямку Е, яке дорівнює:

а = Е/т =Е е/т,

де відношення е/т складає 1,759 - 10^і * Кл/кг. Через певний час ( компонента швидкості електрона в напрямі поля становитиме

v_е =at=E(e/m)t,

а сумарна швидкість дорівнюватиме сумі швидкостей v_т і v_в.

Електрон у процесі руху буде наштовхуватися на іони ґратки. Після кожного співударяння швидкість електрона спадає до нуля, потім знову зростає з попереднім пришвидшенням. Таким чином, v_е буде змінюватись з часом і згідно з пилкоподібним графіком, схематично зображеним на рис. 3.3.

Експериментально встановле­но, що середня довжина шляху ві­льного пробігу електрона в мета­лах високої провідності становить в нормальних умовах Ю"⁴ - 10 ⁵ мм, а при дуже низьких темпера­турах - значно більше, тобто еле­ктрони рухаються без зіткнень по­рядку сотень параметрів ґратки. Найбільше значення швидкості v_еданого електрона в кінці кожного періоду пришвидшення триваліс­тю _τ (час вільного пробігу елект­рона) дорівнює:

v_{е max =E·(e/m)·τ}

а середня його швидкість за час _τ становить

v_{е сер =E·(e/m) · (τ/2). (3.5)}

За нормальної температури швидкість v_т для металів складає приблизно 10⁵ м/с, а швидкість v_{е сер}порядку ІО⁴ м/с, тобто v_m>> v_е . Тому середнє значення _{τ сер}для всіх електронів дорівнює

_{τ сер =l /} v_т,

де l - середня довжина вільного пробігу електрона. Підставивши значення у (3.5), отримаємо середнє значення v_есер швидкостей v_е для всіх електронів:

v_{есер=E(e/m)·(l/2}v_{е) (3.6)}

Рис. 3.3. Графік зміни в часі

швидкості v_е електрона в

металі (схематично)

Наявність компоненти v_е, створює впорядкований рух зарядів в
напрямку градієнта електричного поля. Якщо у формулу (3.3) замість g підставити заряд електрона e, замість v_е – вираз v_есер з (3.6)отримуємо:

γ=(ne²l/2m v_m). (3.7)

Згідно з атомно-кінетичною теорією ідеальних газів кінетична енергія електронів лінійно зростає з температурою:

(m v_m ² /2)=(3kT/2) (3.8)

де k - стала Больцмана, Т - абсолютна температура. Підстанов­ка v_m з (3.8) у (3.7) дає:

(3.9) або (3.10)

Читайте також:

1. Анізотропія властивостей металів.
2. Атомно-кристалічна структура металів
3. Взаємодія металів з простими та складними речовинами.
4. Вивезення валюти України, іноземної валюти та банківських металів
5. Визначення важких металів
6. Відновлення металів може проводитись різними методами, які зручно об'єднати в такі групи: пірометалургійні, гідрометалургійні та електрометалургійні.
7. Вплив концентрації електроліту на електропровідність
8. Гідрогеновмісні сполуки неметалів
9. Дефекти кристалічної будови металів
10. Дія на людину важких металів, отрутохімікатів та СДОР
11. Добування чистих металів.
12. Дугове та променеве різання металів

Переглядів: 1720