Электрический ток в металлах

Металлы являются самой распространенной средой, проводящей электрический ток.В твёрдом состоянии, как известно, имеют кристаллическое строение. Частицы в кристаллах расположены в определённом порядке, образуя пространственную (кристаллическую) решётку.
В узлах кристаллической решётки металла расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся свободные электроны. Свободные электроны не связаны с ядрами своих атомов.

Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решётки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален.
Свободные электроны в нём движутся беспорядочно. Но если в металле создать электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться направленно под действием электрических сил. Возникнет электрический ток. Беспорядочное движение электронов при этом сохраняется.
Итак, электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов.
Доказательством того, что ток в металлах обусловлен электронами, явились опыты физиков нашей страны Леонида Исааковича Мандельштама и Николая Дмитриевича Папалекси, а также американских физиков Балъфура Стюарта и Роберта Толмена.

Скорость движения самих электронов в проводнике под действием электрического поля невелика — несколько миллиметров в секунду, а иногда и ещё меньше. Но как только в проводнике возникает электрическое поле, оно с огромной скоростью, близкой к скорости света в вакууме (300 000 км/с), распространяется по всей длине проводника.

Одновременно с распространением электрического поля все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника. Так, например, при замыкании цепи электрической лампы в упорядоченное движение приходят и электроны, имеющиеся в спирали лампы.

ПРАКТИЧЕСКИ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ ВЫЛО ВЫЯВЛЕНО, ЧТО С УВЕЛИЧЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ ИЗ МЕТАЛЛА ВОЗРАСТАЕТ, А С ПОНИЖЕНИЕМ УМЕНЬШАЕТСЯ. ДЛЯ ВСЕХ ПРОВОДНИКОВ ИЗ МЕТАЛЛА ЭТО ИЗМЕНЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЧТИ ОДИНАКОВО И В СРЕДНЕМ РАВНО 0,4% НА 1°С. ЕСЛИ БЫТЬ ТОЧНЫМ, ТО НА САМОМ ДЕЛЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРОВОДНИКА ИЗМЕНЯЕТСЯ ЕГО УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, КОТОРОЕ ИМЕЕТ СЛЕДУЮЩУЮ ЗАВИСИМОСТЬ(Α - ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ):
ИЗМЕНЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА ПРИВОДИТ К ИЗМЕНЕНИЮ САМОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРОВОДНИК ПОЛУЧАЕТ ТЕПЛОВУЮ ЭНЕРГИЮ. В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗРАСТАЕТ ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ ВСЕХ АТОМОВ МЕТАЛЛА. СОЗДАЕТСЯ БОЛЬШЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ НАПРАВЛЕННОМУ ДВИЖЕНИЮ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ (УВЕЛИЧИВАЕТСЯ ВЕРОЯТНОСТЬ СТОЛКНОВЕНИЯ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ С АТОМАМИ), ОТ ЭТОГО И ВОЗРАСТАЕТ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА.

С понижением температуры направленное движение электронов облегчается (уменьшается возможность столкновения свободных электронов с атомами), и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов. Сверхпроводимость, т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре —273° С, называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов.
График зависимости сопротивления металлического проводника от температуры представлен на рисунке .

Лампа накаливания – источник света, который излучает световой поток. Принцип действия основан на явлении нагрева проводника при прохождении через него электрического тока. Вольфрамовая нить накала при подключении к источнику тока раскаляется до высокой температуры, в результате чего излучает свет. Световой поток, излучаемый нитью накала, близок к естественному, дневному свету, поэтому не вызывает дискомфорта при длительном использовании.

Hall of fame
Creators:
Ovcharova Darya
Kichatiy Artem
Kozachok Alexander
and Andreev Ivan