WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Електрони та їх роль в електричному струмі - Реферат

Електрони та їх роль в електричному струмі - Реферат

говорив він , містяться електрони , наче ізюм в пудингу . Пізніше в результаті тонких і складних експериментів учені прийшли до планетарної моделі атома , за якою атом являє
- 4 -
собою , ніби планетарну систему в малому масштабі . Роль Сонця в атомній системі виконує позитивно заряджене ядро, навколо якого,
як планети в Сонячній системі , обертаються електрони . Цю модель атома запропонував англійський фізик Резерфорд у 1911 р.
Найпростіший атом - атом водню має лише один електрон і відповідно до цього найпростіше ядро з одним позитивним , зарядом , що дорівнює заряду електрона . Ядро з таким зарядом назвали протоном . В електрично нейтральному атомі кількість електронів дорівнює кількості протонів .
- 5 -
2 . Дрейф електронів в металах .
Слово "дрейф" запозичене з морської термінології від англійського drift , що означає знесення , відхилення від курсу судна в морі вітром або течією .
Що таке електричний струм ?
Струмом називають упорядкований рух заряджених частинок -
електронів у металевих провідниках , іонів у розчинах солей , лугів, електронів та іонів у зо світних лампах ?Особливо в металах ,
бо якщо в рідинах і газах рух зарядів можна спостерігати за різними світловими ефектами , то рух у металевих проводах залишається повністю прихованим і можемо спостерігати лише теплову або магнітну дію "електричного струму" .
Як же було доведено наявність руху електронів у металевих проводах ? Ідея проведення перших якісних дослідів , які безсумнівно довели , що струм у проводах - це рух електронів , належать академікам Л.І.Мандельштаму, і М.О.Паплексі (1912) .
Ця ідея надзвичайно проста . Потрібно було тільки довести , що деякі з електронів не зв'язані міцно з ядром атом , а вільно рухається в просторі між атомами . Уявіть тепер , що кусок металевого дроту швидко рухається в напрямі , показаному стрілкою (мал.№3) , несучи з собою електрони , які містяться в цьому куску . Що станеться , коли його раптово зупинити ? Вільні не зв'язані міцно з атомом електрони відповідно до закону інерції зміщуються в напрямі руху дротини . Тому на передньому кінці виникає надлишок електронів , а на протилежному - нестача . Надлишок електронів створює на передньому кінці дротини негативний заряд , нестача - позитивний . У тому , що виникають ці два полюси можна переконатись , виявляючи чутливим приладом струм . У дослідах Мандельштаму і Папалексі використовуючи не прямий провідник , а котушку з дуже довгого і тонкого ізольованого дроту , яка здійснювала крутильні коливання навколо своєї осі . Струм , який виникав під час зміни напряму повертання котушки , йшов то в одному , то в протилежному напрямі , залежно від того , який бік поверталася котушка . Цей змінний струм виявили за допомогою телефону.
- 6 -
У 1916 р. дослід у трохи зміненому варіанті повторили Толмен і Стюарт , які виявили струм чутливим гальванометром . За відхилення стрілки гальванометра можна було визначити , що струм утворювався рухом негативних зарядів . У цьому ж досліді знову вдалося визначити відношення заряду електрона до його маси .
Виникає запитання , звідкіля беруться вільні електрони в металі , чому вони не надають йому негативного заряду , якщо вони вільні ? У кристалі металу вільні електрони рухаються між вузлами решітки безладно , подібно до того , як рухається молекули газу (мал. № 4).Хоч молекули мають велику швидкість , вони не проносяться , як кулі , від однієї стінки до іншої . У результаті взаємодії із сусідами вони виписують складні траєкторії . Так само й електрони описують подібні складні траєкторії у результаті "зіткнень" з вузлами решітки і між собою . Звідки виник вираз "електронний газ " для того , в якому перебувають вільні електрони в металі .
Зрозуміло , не треба спрощено уявляти собі "зіткнення " електронів . У дійсності взаємодія полів окремих електронів та іонів змінює напрям і модуль їхніх швидкостей . Під час " зіткнень"
електрони розлітаються зовсім не від справжнього їх доторкання .
Внаслідок безладного руху вільних електронів у металі і величезної кількості електронів в одиниці об'єму в одному якому-небудь напрямі рухається стільки ж електронів , скільки їх рухається в протилежному напрямі .
Тому , коли немає зовнішнього електричного поля , сумарний заряд , що переноситься в будь-якому напрямі , дорівнює нулю , тобто струму немає . А те , що сума всіх негативних зарядів електронів дорівнює сумі всіх позитивних зарядів іоні , пояснює , чому загальний заряд металу також дорівнює нулю .
Якщо до кінців дроту прикласти електричну напругу , приєднавши їх , наприклад , до полюсів акумулятора , то в провіднику встановиться електричне поле . Воно діятиме на електричні заряди й спричинюватиме їх додатковий рух . В електронному газі виникає "електричний вітер" у напрямі до позитивного полюса , але при цьому електрони збережуть і
- 7 -
безладний рух . Повна аналогія до того , як у повітряних масах , що їх гонить вітер , зберігається хаотичний , тепловий рух молекул .
Перед нами "дрейф " електронів . Внаслідок зіткнень , точніше , впливу атомних полів , середня швидкість " дрейфу " електронів у провіднику залишається сталою (мал. № 5 ) .Тут маємо випадок , подібний до падіння в повітрі сніжинок або пушинок . Незважаючи на сталу дію сили тяжіння , вони падають не в рівномірно прискореному русі , як це було б безповітряному просторі , а в середньому рівномірному .
Яка ж швидкість електричного струму ?
Швидкість руху окремих електронів протягом їх вільного пробігу величезна і досягає більше ста кілометрів за секунду , але швидкість упорядкованого руху електронів мала .Весь час затримуючись і відхиляючись від курсу , електрони переміщується
вперед повільніше , ніж равлик . Равлик проповзає за 1 с. в
2 середньому 1мм., електрон у мідному дроті перерізом 1мм при силі
струму 6 А переміщується в напрямі проводу з швидкістю0,03 см/c.
Але чи можна сказати , що швидкість електричного струму в проводах мала ? Адже досить повернути вимикач , і електричні лампи негайно засвічуються .Щоб зрозуміти це , потрібно з'ясувати для себе , що саме ми розуміємо під швидкістю струму. Це не швидкість поширення руху електронів - це швидкість поширення електромагнітного поля, що зумовлює напрямлений рух електронів.
Швидкість поширення електромагнітного поля дорівнює 300000м/c.
Електрони входять до складу всіх елементів . Але чому різніречовини мають різну провідність щодо електричного струму ? Щоб з'ясувати це , звернемося до теорії будови атомів . Тепер відомо понад 100 різних елементів . Вивчати їх властивості допомагає періодична система Менделєєва . Розмістивши елементи за періодами , він склав таблицю , в якій хімічно споріднені елементи утворили групи , подібні за властивостями . Пізніше електронна атома розкрила фізичну причину періодичного закону Менделєєва .
Хімічні властивості елементів залежать від характеристики групування електронів навколо ядра . Електрони обертаються
- 8 -
навколо ядра , розміщуючись послідовно в різно віддалених від нього шарах електронів може бути не більше ніж 2, 8, 18, 32.
При цьому на крайній зовнішній оболонці електронів не може бути більше 8. Це наочно показано в таблиці елементів нульової групи
(інертних газів ) .
ЕЛЕМЕНТ ПОРЯДКОВИЙ НОМЕР Кількість електронів у 1-6 оболонках
Loading...

 
 

Цікаве