Содержание

Главная >> Физика. 11 класс. Пурышева

Глава 1. Постоянный электрический ток

§ 3. Электрический ток в металлах

Экспериментальное доказательство электронной природы проводимости металлов

1. Выясним, движение каких заряженных частиц представляет собой электрический ток в металлах.

Металлический проводник содержит свободные электроны, которые в отсутствие электрического поля участвуют в хаотическом тепловом движении. Под действием электрического поля электроны совершают упорядоченное движение. То, что электрический ток в металле обусловлен движением электронов, было доказано экспериментально.

Одним из таких доказательств являются опыты российских физиков Леонида Исааковича Мандельштама (1879— 1944) и Николая Дмитриевича Папалекси (1880—1947) (1912) и американских физиков Р. Толмена и Т. Стюарта (1916). Они использовали установку, основным элементом которой является катушка, состоящая из большого числа витков. Концы проволоки припаяны к металлическим дискам, к которым в опыте Мандельштама и Папалекси присоединены наушники, а в опыте Толмена и Стюарта — гальванометр (рис. 6). Катушку приводили в быстрое вращение, а затем резко останавливали. При этом гальванометр фиксировал кратковременный ток. Появление тока объясняется тем, что свободные заряженные частицы после остановки катушки продолжают своё движение вследствие инертности.

По направлению отклонения стрелки гальванометра сделали вывод о том, что ток создаётся отрицательно заряженными частицами. Измерив силу тока и время его существования, вычислили полный заряд, прошедший через гальванометр, а затем определили отношение заряда частиц к их массе. Оно оказалось равным известному в то время отношению заряда электрона к его массе.

Сила тока

2. Как вы знаете, характеристикой электрического тока, протекающего по цепи, является сила тока.

Силой тока I называют физическую величину, равную отношению заряда д, переносимого через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени Δt, к этому промежутку времени.

В СИ единица силы тока — ампер (А).

1 А = 1 Кл/с.

1А равен силе постоянного тока, который при прохождении по двум прямолинейным параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 2 • 10^-7 Н.

Измеряют силу тока с помощью амперметра.

Вольт-амперная характеристика металлического проводника

3. В курсе физики основной школы вы изучали закон Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Зависимость силы тока в проводнике от напряжения на его концах называют вольт-амперной характеристикой проводника. Для металлического проводника сила тока прямо пропорциональна напряжению, поэтому графиком его вольт-амперной характеристики является прямая, проходящая через начало координат (рис. 7).

Продолжение >>>