Esitys aiheesta virta metallissa. Esitys aiheesta "sähkövirta metalleissa""

Oppitunnin aihe Sähkövirta metalleissa.

Oppitunti uuden oppimiseen ohjauksen ja toiston elementeillä.

Laitteet: esitys, asennus kokeeseen lämpötilasta riippuvan resistanssin muutoksesta.

Tavoitteet ja päämäärät. 1. Muodostaa tietoa metallien johtavuuden elektronisen teorian perusteista, kokeellisesta perustelusta ja teorian soveltamisesta käytännössä.

2. Laajenna opiskelijoiden näkökulmaa tarinalla suprajohtavuusilmiöstä.

3. Opi soveltamaan tietoa resistanssin lämpötilariippuvuudesta ongelmien ratkaisussa.

4. Nostaa isänmaallisia tunteita tutustumalla fysiikan alan löytöhistoriaan kiinteä runko.

Tuntisuunnitelma. (diojen mukaan)

1.Tänään oppitunnilla.

2. Toistetaan. Esitetään kysymyksiä, joiden tietämystä tarvitaan uutta oppiessa.

3. Uusien tutkiminen: a) erilaisten aineiden sähkönjohtavuus b) metallien varauksenkuljettajien luonne; c) metallien sähkönjohtavuuden teoria; d) vastuksen riippuvuus lämpötilasta; e) vastuslämpömittarit; f) suprajohtavuus ja sen sovellukset.

4. Kontrollitesti. (Tarkista hiiren napsautuksen jälkeen).

5. Kiinnitys. Resistanssin lämpötilariippuvuudelle ehdotetaan kolme ongelmaa. Vastaukset tulevat näkyviin hiiren napsautuksen jälkeen. Opiskelijat ottavat tarvittavat vakioparametrit taulukoista.

Näytä asiakirjan sisältö
"Esitys oppitunnille "Sähkövirta metalleissa", luokka 10."

Sähkövirta metalleissa

Savvateeva Svetlana Nikolaevna, fysiikan opettaja, MBOU "Kemetskayan lukio" Tverin alueen Bologovskin alueella.

TÄNÄÄN TUNNILLA

Salaisuus tulee selväksi. Mitä kätkeytyy käsitteen "Current carriers in metals" takana?

Mitkä ovat metallien sähkönjohtavuuden klassisen teorian vaikeudet?

Miksi hehkulamput palavat?

Miksi ne palavat, kun ne ovat päällä?

Kuinka menettää vastustuskyky?

TOISTAA

Mitä sähköä?
Mitkä ovat virran olemassaolon ehdot?
Mitä virran toimintoja tiedät?
Mikä on virran suunta?
Mikä on virran arvo sähköpiirissä?
Mikä on virran yksikkö?
Mistä määristä virran voimakkuus riippuu?
Mikä on virran etenemisnopeus johtimessa?
Mikä on elektronien järjestetyn liikkeen nopeus?
Riippuuko vastus virrasta ja jännitteestä?
Miten Ohmin laki on muotoiltu piiriosalle ja varten täydellinen ketju?

METALLIEN LATAUKSIEN LUONNE

Rikken kokemus (saksa) - 1901 Vuosi! M = const, nämä eivät ole ioneja!

Mandelstam ja Papaleksi (1913)

Stewart ja Tolman (1916)

Virran suunnassa -

Tekijä: І J I - q⁄m = e⁄m) on elektroneja!

Sähkövirta metalleissa on elektronien suunnattua liikettä.

Metallien sähkönjohtavuuden teoria

P. Druse, 1900:

vapaat elektronit - "elektroninen kaasu";
elektronit liikkuvat Newtonin lakien mukaan;
vapaat elektronit törmäävät kide-ioneihin. ritilät;
törmäyksessä elektronit siirtävät kineettisen energiansa ioneihin;
keskinopeus on verrannollinen intensiteettiin ja siten potentiaalieroon;

R=f( ρ, l, s, t)

vastuslämpömittarit

Edut: Auttaa mittaamaan erittäin alhaisia ja erittäin korkeita lämpötiloja.

suprajohtavuus

Elohopea nestemäisessä heliumissa

Selitys perustuu kvanttiteoriaan.

D. Bardeen, L. Cooper, D. Schrieffer (Amer.) ja

N. Bogolyubov (oppilas vuonna 1957)

Yhtä hyvin kuin:

suurten virtojen, magneettikenttien saaminen;
sähkön siirto ilman häviötä.

kontrollitesti

Miten vapaat elektronit liikkuvat metalleissa?

A. Tarkkaan määritellyssä järjestyksessä. B. Satunnaisesti. B. Järjestys.

Kuinka vapaat elektronit liikkuvat metalleissa toiminnan alaisena sähkökenttä?

A. Häiriö. B. Järjestys. B. Järjestetty sähkökentän suuntaan. G. Järjestys sähkökentän vastakkaiseen suuntaan.

. Mitkä hiukkaset sijaitsevat solmuissa kristallihila metallit ja mikä varaus niissä on?

A. Negatiiviset ionit. B. Elektronit. B. Positiiviset ionit.

Mitä sähkövirran vaikutusta käytetään sähkölampuissa?

A. Magneettinen. B. Lämpö. B. Kemiallinen. G. Valo ja lämpö.

Minkä hiukkasten liike katsotaan johtimessa olevan virran suunnaksi?

A.Elektronov. B. Negatiiviset ionit. B. Positiiviset maksut.

Miksi metallit kuumenevat, kun niiden läpi kulkee virta?

A. Vapaat elektronit törmäävät toisiinsa. B. Vapaat elektronit törmäävät ioneihin. B. Ionit törmäävät ioneihin.

Miten metallien vastus muuttuu, kun ne jäähtyvät?

A. Lisääntyy. B. Vähenee. B. Ei muutu.

1 . B. 2.G. 3.B. 4.G. 5.B. 6.B. 7.B.

RATKAISE ONGELMA

1.Sähkövastus sähkölampun volframifilamentti 23 °C:n lämpötilassa °C on 4 ohmia.

Etsi hehkulangan sähkövastus 0°C:ssa.

(Vastaus: 3,6 ohmia)

2. Volframifilamentin sähkövastus 0°C:ssa on 3,6 ohmia. Etsi sähkövastus

2700 K lämpötilassa.

(Vastaus: 45,5 ohmia)

3. Johdon sähkövastus 20°C:ssa on 25 ohmia, 60°C:ssa 20 ohmia. löytö

Sähkövastuksen lämpötilakerroin.

(Vastaus: 0,0045 K¯¹)

Sisältö Mikä on sähkövirta? Mikä on sähkövirta? Sähkövirtaa seuraavat ilmiöt Sähkövirtaa seuraavat ilmiöt Tolmanin ja Stewartin kokemus Tolmanin ja Stewartin kokemus Klassinen elektroniikkateoria Klassinen elektroniikkateoria Potentiaalieste Potentiaalieste Suprajohtavuus Suprajohtavuus Korkean lämpötilan suprajohtavuus Korkean lämpötilan suprajohtavuus

Mikä on sähkövirta? Metallien sähkövirta on elektronien järjestetty liike sähkökentän vaikutuksesta. Kokeet osoittavat, että kun virta kulkee läpi metallinen johdin aineen siirtoa ei tapahdu, joten metalli-ionit eivät osallistu sähkövarauksen siirtoon.

Sähkövirtaan liittyvät ilmiöt 1. johdin, jonka läpi virta kulkee, lämpenee, 2. sähkövirta voi muuttua kemiallinen koostumus johdin, 3. virralla on voimavaikutus viereisiin virtoihin ja magnetoituihin kappaleisiin 1. johdin, jonka läpi virta kulkee, lämpenee, 2. sähkövirta voi muuttaa johtimen kemiallista koostumusta, 3. virralla on voimavaikutus viereisillä virroilla ja magnetoiduilla kappaleilla

Tolmanin ja Stuartin kokemus (ch1) Tolmanin ja Stuartin kokeen kaavio on esitetty kuvassa. Kela, jossa oli suuri määrä ohuen langan kierroksia, saatettiin nopeasti pyörimään akselinsa ympäri. Kela päättyy joustavat johdot yhdistettiin herkkään ballistiseen galvanometriin G. Kiertämätön käämi hidastui jyrkästi ja piiriin syntyi lyhytaikainen virta varauksenkuljettajien inertian vuoksi. Piirin läpi virtaava kokonaisvaraus mitattiin galvanometrin neulan taipumalla. Tolmanin ja Stewartin kokeen kaavio on esitetty kuvassa. Kela, jossa oli suuri määrä ohuen langan kierroksia, saatettiin nopeasti pyörimään akselinsa ympäri. Kelan päät yhdistettiin joustavilla johtimilla herkälle ballistiselle galvanometrille G. Kiertämätön kela hidastui jyrkästi ja piiriin syntyi lyhytaikainen virta varauksenkuljettajien inertian vuoksi. Piirin läpi virtaava kokonaisvaraus mitattiin galvanometrin neulan taipumalla.

(ch2) Pyörivää kelaa jarrutettaessa jokaiseen varauksen kantajaan e vaikuttaa jarrutusvoima, joka toimii kolmannen osapuolen voimana, eli ei-sähköisenä voimana. Kolmannen osapuolen voima, joka liittyy varausyksikköön, on määritelmän mukaan kolmannen osapuolen voimien kentän intensiteetti Est: Pyörivää kelaa jarrutettaessa jokaiseen varauksen kantajaan e vaikuttaa jarrutusvoima, joka toimii kolmannen osapuolen voima, eli ei-sähköistä alkuperää oleva voima. Varausyksikköön liittyvä ulkoinen voima on määritelmän mukaan kentänvoimakkuus ulkoisten voimien est: ulkoisen voiman ulkoinen voima

(ch3) Näin ollen piirissä, kun käämiä jarrutetaan, sähkömotorinen voima, yhtä suuri kuin: Siksi piirissä käämiä jarrutettaessa syntyy sähkömotorinen voima, joka on yhtä suuri kuin: missä l on kelan langan pituus. Kelan jarrutusajan aikana piirin läpi virtaa varaus q, joka on yhtä suuri kuin: missä l on kelan langan pituus. Kelan jarrutusajan aikana piirin läpi virtaa varaus q, joka on yhtä suuri kuin:

(h4) Tässä I on kelan virran hetkellinen arvo, R on piirin kokonaisresistanssi, υ0 on langan lineaarinen alkunopeus. Tässä I on kelan virran hetkellinen arvo, R on piirin kokonaisresistanssi, υ0 on langan lineaarinen alkunopeus. Näin ollen metallien vapaiden virrankantajien ominaisvaraus e/m on: Näin ollen metallien vapaiden virrankantajien ominaisvaraus e/m on:

(h5) Kaikki määrät sisältyvät oikea puoli tämä suhde voidaan mitata. Tolmanin ja Stewartin kokeiden tulosten perusteella havaittiin, että metallien vapailla varauksenkantajilla on negatiivinen merkki, ja kantoaallon varauksen suhde sen massaan on lähellä muista kokeista saatua spesifistä elektronivarausta. Joten havaittiin, että metallien vapaiden varausten kantajat ovat elektroneja. Kaikki tämän suhteen oikealla puolella olevat suureet voidaan mitata. Tolmanin ja Stewartin kokeiden tulosten perusteella todettiin, että metallien vapailla varauksenkantajilla on negatiivinen etumerkki ja kantajan varauksen suhde sen massaan on lähellä muista osista saatua elektronin ominaisvarausta. kokeiluja. Joten havaittiin, että metallien vapaiden varausten kantajat ovat elektroneja. Nykyajan tietojen mukaan elektronivarausmoduuli (alkuvaraus) on: Nykyajan tietojen mukaan elektronivarausmoduuli (alkuvaraus) on: ja sen ominaisvaraus on: ja sen ominaisvaraus on:

(ch6) Metallien hyvä sähkönjohtavuus johtuu vapaiden elektronien korkeasta konsentraatiosta, joka on suuruusluokaltaan yhtä suuri kuin atomien lukumäärä tilavuusyksikköä kohti. Metallien hyvä sähkönjohtavuus selittyy vapaiden elektronien suurella pitoisuudella, joka on suuruusluokkaltaan yhtä suuri kuin atomien lukumäärä tilavuusyksikköä kohti.

Klassinen elektroniikkateoria Oletus, että elektronit ovat vastuussa metallien sähkövirrasta, syntyi paljon aikaisemmin kuin Tolmanin ja Stewartin kokeet. Vuonna 1900 saksalainen tiedemies P. Drude loi metallien johtavuuden elektronisen teorian perustuen hypoteesiin vapaiden elektronien olemassaolosta metalleissa. Tämä teoria on kehitetty hollantilaisen fyysikon H. Lorenzin teoksissa ja sitä kutsutaan klassiseksi elektroniteoriaksi. Tämän teorian mukaan metallien elektronit käyttäytyvät kuin elektronikaasu, aivan kuten ihanteellinen kaasu. Elektronikaasu täyttää metallin kidehilan muodostavien ionien välisen tilan Oletus, että elektronit ovat vastuussa metallien sähkövirrasta, syntyi paljon aikaisemmin kuin Tolmanin ja Stewartin kokeet. Vuonna 1900 saksalainen tiedemies P. Drude loi metallien johtavuuden elektronisen teorian perustuen hypoteesiin vapaiden elektronien olemassaolosta metalleissa. Tämä teoria on kehitetty hollantilaisen fyysikon H. Lorenzin teoksissa ja sitä kutsutaan klassiseksi elektroniteoriaksi. Tämän teorian mukaan metallien elektronit käyttäytyvät kuin elektronikaasu, aivan kuten ihanteellinen kaasu. Elektronikaasu täyttää metallin kidehilan muodostavien ionien välisen tilan

Potentiaalieste Vuorovaikutuksen vuoksi ionien kanssa elektronit voivat poistua metallista vasta ns. potentiaaliesteen ylittämisen jälkeen. Tämän esteen korkeutta kutsutaan työfunktioksi. Tavallisissa (huone)lämpötiloissa elektroneilla ei ole tarpeeksi energiaa potentiaaliesteen ylittämiseen. Vuorovaikutuksen vuoksi ionien kanssa elektronit voivat poistua metallista vasta ylitettyään niin kutsutun potentiaaliesteen. Tämän esteen korkeutta kutsutaan työfunktioksi. Tavallisissa (huone)lämpötiloissa elektroneilla ei ole tarpeeksi energiaa potentiaaliesteen ylittämiseen.

Suprajohtavuus Klassisen elektroniikkateorian mukaan metallien ominaisvastus pienenee monotonisesti jäähtyessään ja pysyy äärellisenä kaikissa lämpötiloissa. Tällainen riippuvuus on todellakin havaittu kokeellisesti suhteellisen korkeissa lämpötiloissa. Enemmän kanssa matalat lämpötilat useiden kelvinien luokkaa, monien metallien ominaisvastus lakkaa olemasta riippuvainen lämpötilasta ja saavuttaa tietyn raja-arvon. Suurin mielenkiinto on kuitenkin hämmästyttävä suprajohtavuusilmiö, jonka tanskalainen fyysikko H. Kammerling-Onnes löysi vuonna 1911. Tietyssä lämpötilassa Tcr, joka on erilainen eri aineille, resistiivisyys laskee äkillisesti nollaan (kuva). Elohopean kriittinen lämpötila on 4,1 K, alumiinilla 1,2 K, tinalla 3,7 K. Suprajohtavuutta ei havaita vain alkuaineissa, vaan myös monissa kemiallisissa yhdisteissä ja seoksissa. Esimerkiksi niobiumin ja tinayhdisteen (Ni3Sn) kriittinen lämpötila on 18 K. Jotkut aineet, jotka siirtyvät alhaisissa lämpötiloissa suprajohtavaan tilaan, eivät ole johtimia tavallisissa lämpötiloissa. Samaan aikaan sellaisista "hyvistä" johtimista kuin kuparista ja hopeasta ei tule suprajohtimia alhaisissa lämpötiloissa. Klassisen elektroniikkateorian mukaan metallien ominaisvastus pienenee monotonisesti jäähtyessään ja pysyy äärellisenä kaikissa lämpötiloissa. Tällainen riippuvuus on todellakin havaittu kokeellisesti suhteellisen korkeissa lämpötiloissa. Usean kelvinin luokkaa alhaisemmissa lämpötiloissa monien metallien ominaisvastus lakkaa olemasta riippuvainen lämpötilasta ja saavuttaa tietyn raja-arvon. Suurin mielenkiinto on kuitenkin hämmästyttävä suprajohtavuusilmiö, jonka tanskalainen fyysikko H. Kammerling-Onnes löysi vuonna 1911. Tietyssä lämpötilassa Tcr, joka on erilainen eri aineille, resistiivisyys laskee äkillisesti nollaan (kuva). Elohopean kriittinen lämpötila on 4,1 K, alumiinilla 1,2 K, tinalla 3,7 K. Suprajohtavuutta ei havaita vain alkuaineissa, vaan myös monissa kemiallisissa yhdisteissä ja seoksissa. Esimerkiksi niobiumin ja tinayhdisteen (Ni3Sn) kriittinen lämpötila on 18 K. Jotkut aineet, jotka siirtyvät alhaisissa lämpötiloissa suprajohtavaan tilaan, eivät ole johtimia tavallisissa lämpötiloissa. Samaan aikaan sellaisista "hyvistä" johtimista kuin kuparista ja hopeasta ei tule suprajohtimia alhaisissa lämpötiloissa.

Suprajohtavassa tilassa olevilla aineilla on poikkeuksellisia ominaisuuksia. Käytännössä tärkein niistä on kyky ylläpitää pitkään (monia vuosia) ilman vaimentamista suprajohtavassa piirissä virittynyttä sähkövirtaa. Suprajohtavassa tilassa olevilla aineilla on poikkeuksellisia ominaisuuksia. Käytännössä tärkein niistä on kyky ylläpitää pitkään (monia vuosia) ilman vaimentamista suprajohtavassa piirissä virittynyttä sähkövirtaa. Klassinen elektroniikkateoria ei pysty selittämään suprajohtavuuden ilmiötä. Tämän ilmiön mekanismin selitys annettiin kvanttimekaanisten käsitteiden pohjalta vasta 60 vuotta sen keksimisen jälkeen. Klassinen elektroniikkateoria ei pysty selittämään suprajohtavuuden ilmiötä. Tämän ilmiön mekanismin selitys annettiin kvanttimekaanisten käsitteiden pohjalta vasta 60 vuotta sen keksimisen jälkeen. Tieteellinen kiinnostus suprajohtavuuteen kasvoi, kun löydettiin uusia materiaaleja, joiden kriittiset lämpötilat ovat korkeammat. Merkittävä askel tähän suuntaan tapahtui vuonna 1986, jolloin havaittiin, että yhden monimutkaisen keraamisen yhdisteen Tcr = 35 K. Jo seuraavana vuonna 1987 fyysikot onnistuivat luomaan uutta keramiikkaa, jonka kriittinen lämpötila oli 98 K, joka ylittää lämpötilan. nestemäistä typpeä (77 K). Tieteellinen kiinnostus suprajohtavuuteen kasvoi, kun löydettiin uusia materiaaleja, joiden kriittiset lämpötilat ovat korkeammat. Merkittävä askel tähän suuntaan tapahtui vuonna 1986, jolloin havaittiin, että yhden monimutkaisen keraamisen yhdisteen Tcr = 35 K. Jo seuraavana vuonna 1987 fyysikot onnistuivat luomaan uutta keramiikkaa, jonka kriittinen lämpötila oli 98 K, joka ylittää lämpötilan. nestemäistä typpeä (77 K).

Korkean lämpötilan suprajohtavuus Ilmiötä, jossa aineet siirtyvät suprajohtavaan tilaan nestemäisen typen kiehumispisteen ylittävissä lämpötiloissa, kutsuttiin korkean lämpötilan suprajohtavuudeksi. Vuonna 1988 luotiin keraaminen yhdiste, joka perustuu alkuaineisiin Tl–Ca–Ba–Cu–O, jonka kriittinen lämpötila on 125 K. Ilmiö aineiden siirtymisestä suprajohtavaan tilaan nestemäisen typen kiehumispisteen ylittävissä lämpötiloissa todettiin. kutsutaan korkean lämpötilan suprajohtavuudeksi. Vuonna 1988 syntyi alkuaineisiin Tl–Ca–Ba–Cu–O perustuva keraaminen seos, jonka kriittinen lämpötila on 125 K. Tällä hetkellä on käynnissä intensiivinen työ uusien aineiden etsimiseksi, joiden Tcr-arvot ovat vielä korkeammat. Tutkijat toivovat saavansa suprajohtavassa tilassa olevan aineen huoneenlämpötilassa. Jos näin tapahtuu, se on todellinen vallankumous tieteessä, tekniikassa ja yleensä ihmisten elämässä. Tällä hetkellä tehdään intensiivistä työtä uusien aineiden etsimiseksi, joiden Tcr-arvot ovat vielä korkeammat. Tutkijat toivovat saavansa suprajohtavassa tilassa olevan aineen huoneenlämpötilassa. Jos näin tapahtuu, se on todellinen vallankumous tieteessä, tekniikassa ja yleensä ihmisten elämässä. On huomattava, että keraamisten materiaalien korkean lämpötilan suprajohtavuuden mekanismia ei ole vielä täysin selvitetty. On huomattava, että keraamisten materiaalien korkean lämpötilan suprajohtavuuden mekanismia ei ole vielä täysin selvitetty.

Jos haluat käyttää esitysten esikatselua, luo itsellesi tili ( tili) Google ja kirjaudu sisään: https://accounts.google.com

Diojen kuvatekstit:

Sähkövirta metalleissa Luokka 11 Opettaja Kechkina N.I. MBOU" yläaste nro 12, Dzeržinsk

Ohmin laki elektroniikkateorian näkökulmasta Sähkövirta metalleissa johtuu vapaiden elektronien liikkeestä. Kokemus E. Rikke Tulos: kuparin tunkeutumista alumiiniin ei havaittu. Kokeet L.I. Mandelstam ja N.D. Papalexy 1912 R. Tolman ja T. Stewart 1916 C-sylinteri; Ш - harjat (koskettimet); OO ' - eristetyt puoliakselit Tulos: pysäytettynä galvanometrin neula poikkesi kiinnittäen virran. Virran suunnan mukaan he määrittelivät, että negatiiviset hiukkaset liikkuvat inertialla. Varauksen suhteen elektronit.

Keskimääräinen vapaa polku λ on kahden peräkkäisen virheellisen elektronin törmäyksen välinen keskimääräinen etäisyys. Sähkövastus rikkoo kidehilan jaksoittaisuutta. Syyt: atomien lämpöliike; epäpuhtauksien läsnäolo. Elektronien sironta. Sirontamitta Lorentzin klassinen elektroniikkateoria (metallien sähkönjohtavuus): Johtimessa on vapaita elektroneja, jotka liikkuvat jatkuvasti ja satunnaisesti; Jokainen atomi menettää yhden elektronin tullakseen ioniksi; λ on yhtä suuri kuin johtimen kidehilassa olevien ionien välinen etäisyys. e on elektronin varaus, C n on johtimen poikkileikkauksen läpi kulkeneiden elektronien lukumäärä yksiköissä. aika m – elektronin massa, kg u – elektronien satunnaisen liikkeen neliökeskiarvo, m/s γ

Joule-Lenzin laki elektroniikkateorian näkökulmasta γ Joule-Lenzin laki differentiaalimuodossa. Klassinen Lorentzin elektroniikkateoria selittää Ohmin ja Joule-Lenzin lait, jotka vahvistetaan kokeellisesti. Joitakin johtopäätöksiä ei ole vahvistettu kokeellisesti. MUTTA Resistanssi (johtavuuden käänteisluku) on verrannollinen absoluuttisen lämpötilan neliöjuureen. Klassisella Lorentzin elektroniikkateorialla on rajansa. Kokeet ρ~ T

Aiheesta: metodologinen kehitys, esitykset ja muistiinpanot

Sähkövirta metalleissa

Vakuuttavin todiste metallien virran elektronisuudesta saatiin elektroninertiakokeissa. Ajatus tällaisista kokeista ja ensimmäiset laadulliset tulokset kuuluvat venäläisille fyysikoille...

Teema "Sähkövirta metalleissa" Oppitunnin tarkoitus: Jatka metallien sähkövirran luonteen tutkimista, kokeellisen sähkövirran vaikutuksen tutkimista. Oppitunnin tavoitteet: Kasvatus - ...

Luokka: 11

Esitys oppitunnille

Takaisin eteenpäin

Huomio! Dian esikatselu on tarkoitettu vain tiedoksi, eikä se välttämättä edusta esityksen koko laajuutta. Jos olet kiinnostunut tästä työstä, lataa täysversio.

Oppitunnin tavoitteet:

Paljastaa metallien sähkövirran fysikaalisen luonteen käsite, kokeellinen vahvistus elektroniikkateorialle;

Jatka luonnontieteellisten ajatusten muodostamista tutkittavasta aiheesta

Luo olosuhteet kognitiivisen kiinnostuksen, opiskelijoiden toiminnan muodostumiselle

Taitojen kehittäminen;

Kommunikatiivisen viestinnän muodostuminen.

Laitteet: interaktiivinen monimutkainen SMART Board Notebook, paikalliseen verkkoon tietokoneet, internet.

Oppitunnin opetusmenetelmä: yhdistetty.

Oppitunnin epigrafi:

Pyri ymmärtämään tiedettä yhä syvemmälle,
Ikuisen tiedon kaipuu.
Vain ensimmäinen tieto loistaa sinulle valona,
Tiedät: tiedolla ei ole rajaa.

Ferdowsi
(Persialainen ja tadžikilainen runoilija, 940-1030)

Tuntisuunnitelma.

I. Järjestelyhetki

II. Ryhmätyö

III. Keskustelu tuloksista, esityksen asennus

IV. Heijastus

V. Kotitehtävät

Tuntien aikana

Hei kaverit! Istu alas. Tänään työskentelemme ryhmissä.

Tehtävät ryhmille:

I. Metallien varausten fyysinen luonne.

II. K. Rikken kokemus.

III. Stuartin, Tolmanin kokemus. Kokemus Mandelstamista, Papaleksi.

IV. Drude teoria.

V. Metallien volttiampeeriominaisuus. Ohmin laki.

VI. Johtimien resistanssin riippuvuus lämpötilasta.

VII. Suprajohtavuus.

1. Sähkönjohtavuus on aineiden kykyä johtaa sähkövirtaa ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta.

Varausten fysikaalisen luonteen mukaan - sähkövirran kantajat, sähkönjohtavuus jaetaan:

A) sähköinen

B) ioninen

B) sekoitettu.

2. Jokaiselle aineelle tietyissä olosuhteissa on ominaista tietty virranvoimakkuuden riippuvuus potentiaalierosta.

Aineen resistanssin mukaan se on tapana jakaa:

A) johtimet (s< 10 -2 Ом*м)

B) dielektriikka (p\u003e 10 -8 ohm * m)

C) puolijohteet (10 -2 ohm * m> p> 10 -8 ohm * m)

Tällainen jako on kuitenkin ehdollinen, koska useiden tekijöiden (kuumennus, säteilytys, epäpuhtaudet) vaikutuksesta aineiden resistanssi ja niiden volttiampeeriominaisuudet muuttuvat, ja joskus erittäin merkittävästi.

3. Metallien vapaiden varausten kantajia ovat elektronit. Klassisilla kokeilla todistettu K. Rikke (1901) - saksalainen fyysikko; L.I. Mandelstam ja N. D. Papaleksi (1913) - maanmiehimme; T. Stewart ja R. Tolman (1916) - amerikkalaiset fyysikot.

K. Rikken kokemus

Rikke taittoi kolme esipainotettua sylinteriä (kaksi kuparia ja yksi alumiini), joiden päät oli kiillotettu siten, että alumiininen oli kuparisten välissä. Sitten sylinterit sisällytettiin ketjuun tasavirta: kulkenut niiden läpi vuoden aikana korkea virta. Tänä aikana sähkösylintereiden läpi kulki noin 3,5 miljoonan C:n sähkövaraus. Sylinterien toissijainen vuorovaikutus, joka suoritettiin 0,03 mg:aan asti, osoitti, että sylinterien massa ei muuttunut kokeen seurauksena. Tutkittaessa kosketuspäitä mikroskoopilla havaittiin, että metallien tunkeutumisesta on vain pieniä jälkiä, jotka eivät ylitä atomien tavanomaisen diffuusion tuloksia kiinteissä aineissa. Kokeen tulokset osoittivat, että ionit eivät osallistu varauksen siirtoon metalleissa.

L.I. Mandelstam

N. . Papalexy

L. I. Mandelstamin ja N. D. Papaleksin kokemus

Venäläiset tiedemiehet L. I. Mandelstam (1879-1949; radiofyysikkojen koulun perustaja) ja N. D. Papaleksi (1880-1947; suurin Neuvostoliiton fyysikko, akateemikko, liittovaltion radiofysiikan ja radiotekniikan tieteellisen neuvoston puheenjohtaja) Sciences of the USSR) vuonna 1913 tarjosi alkuperäiselle kokemuksen. He ottivat lankakelan ja alkoivat kiertää sitä eri suuntiin.

Rentoudu esimerkiksi myötäpäivään, pysähdy sitten äkillisesti ja - takaisin.

He päättelivät jotain näin: jos elektroneilla todella on massa, niin kun käämi yhtäkkiä pysähtyy, elektronien pitäisi jatkaa liikkumista hitaudella jonkin aikaa. Elektronien liike langan läpi on sähkövirtaa. Kuten oli suunniteltu, niin se tapahtui. Yhdistimme puhelimen johdon päihin ja kuulimme äänen. Kun puhelimesta kuuluu ääni, virta kulkee sen läpi.

T. Stewart

T. Stewartin ja R. Tolmanin kokemus

Otetaan kela, joka voi pyöriä akselinsa ympäri. Kelan päät on liitetty galvanometriin liukukoskettimien avulla. Jos nopeasti pyörivää kelaa jarrutetaan jyrkästi, langan vapaat elektronit jatkavat liikkumista hitaudella, minkä seurauksena galvanometrin on rekisteröitävä virtapulssi.

Drude teoria

Metallin elektroneja pidetään elektronikaasuna, johon voidaan soveltaa kaasujen kineettistä teoriaa. Uskotaan, että elektronit, kuten kineettisessä teoriassa kaasuatomit, ovat identtisiä kiinteitä palloja, jotka liikkuvat suoria linjoja, kunnes ne törmäävät toisiinsa. Oletetaan, että yksittäisen törmäyksen kesto on mitätön ja että molekyylien välillä ei vaikuta muita voimia, paitsi ne, jotka syntyvät törmäyshetkellä. Koska elektroni on negatiivisesti varautunut hiukkanen, niin sähköisen neutraaliuden ehdon täyttämiseksi kiinteässä aineessa on oltava myös erilaisia - positiivisesti varautuneita - hiukkasia. Drude ehdotti, että kompensoiva positiivinen varaus kuuluu paljon raskaammille hiukkasille (ioneille), joita hän piti liikkumattomina. Druden aikana ei ollut selvää, miksi metallissa on vapaita elektroneja ja positiivisesti varautuneita ioneja ja mitä nämä ionit ovat. Vain kiinteiden aineiden kvanttiteoria voi antaa vastauksen näihin kysymyksiin. Monien aineiden kohdalla voidaan kuitenkin yksinkertaisesti olettaa, että elektronikaasu koostuu ytimeen heikosti sitoutuneista ulkoisista valenssielektroneista, jotka "vapautuvat" metallissa ja voivat liikkua vapaasti metallin läpi, kun taas atomiytimet, joissa on sisäelektroneja. kuoret (atomiytimet) pysyvät muuttumattomina ja näyttelevät Druden teorian kiinteiden positiivisten ionien roolia.

Sähkövirta metalleissa

Kaikki metallit ovat sähkövirran johtimia ja koostuvat avaruudellisesta kidehilasta, jonka solmut osuvat yhteen positiivisten ionien keskusten kanssa ja vapaat elektronit liikkuvat satunnaisesti ionien ympärillä.

Metallien johtavuuden elektronisen teorian perusteet.

Metallia voidaan kuvata seuraavalla mallilla: ionien kidehila on upotettu ihanteelliseen elektronikaasuun, joka koostuu vapaista elektroneista. Useimmissa metalleissa jokainen atomi on ionisoitunut, joten vapaiden elektronien pitoisuus on suunnilleen yhtä suuri kuin atomien pitoisuus 10 23 - 10 29 m -3, eikä se melkein riipu lämpötilasta.
Metallien vapaat elektronit ovat jatkuvassa kaoottisessa liikkeessä.
Sähkövirta metallissa muodostuu vain vapaiden elektronien järjestyneen liikkeen ansiosta.
Törmätessään kidehilan solmukohdissa värähtelevien ionien kanssa elektronit antavat niille ylimääräistä energiaa. Tästä syystä johtimet kuumenevat virran kulkiessa.

Sähkövirta metalleissa.

Suprajohtavuus

Ilmiötä, jossa ominaisvastus pienenee nollaan muussa kuin absoluuttisessa nollassa, kutsutaan suprajohtavuudeksi. Suprajohtimiksi kutsutaan materiaaleja, jotka kykenevät läpäisemään suprajohtavaan tilaan tietyissä lämpötiloissa, jotka eivät ole absoluuttista nollaa.

Virran kulku suprajohteessa tapahtuu ilman energiahäviötä, joten kerran suprajohtavassa renkaassa viritettynä sähkövirta voi olla olemassa loputtomasti ilman muutosta.

Suprajohtavia materiaaleja käytetään jo sähkömagneeteissa. Suprajohtavien voimalinjojen luomiseksi on meneillään tutkimus.

Suprajohtavuusilmiön soveltaminen laajassa käytännössä saattaa tulla todellisuutta lähivuosina, kun vuonna 1986 löydettiin keramiikan - lantaanin, bariumin, kuparin ja hapen yhdisteiden - suprajohtavuus. Tällaisen keramiikan suprajohtavuus säilyy noin 100 K:n lämpötiloissa.

Hyvin tehty pojat! He tekivät erinomaista työtä. Siitä tuli hyvä esittely. Kiitos oppitunnista!

Kirjallisuus.

Gorbushin Sh.A. Fysiikan opiskelun lähdeviitteet lukion kurssille. - Izhevsk "Udmurtia", 1992.
Lanina I.Ya. Opiskelijoiden kognitiivisten kiinnostusten muodostuminen fysiikan tunneilla: Kirja opettajille. – M.: Enlightenment, 1985.
Fysiikan oppitunti nykyaikaisessa koulussa. Luova haku opettajille: Kirja opettajille / Comp. E.M. Braverman / Toimittanut V.G. Razumovsky. - M.: Valaistus, 1993
Digelev F.M. Fysiikan historiasta ja sen tekijöiden elämästä: Kirja opiskelijoille. - M .: Koulutus, 1986.
Kartsev V.L. Suurien yhtälöiden seikkailuja - 3. painos - M .: Knowledge, 1986. (Ihanien ideoiden elämä).

Sähkövirta metalleissa Savvateeva Svetlana Nikolaevna, fysiikan opettaja, MBOU "Kemetskayan lukio" Tverin alueen Bologovskin alueella. TÄNÄÄN TUNNILLA Salaisuus tulee selväksi. Mitä kätkeytyy käsitteen "Current carriers in metals" takana? Mitkä ovat metallien sähkönjohtavuuden klassisen teorian vaikeudet? Miksi hehkulamput palavat? Miksi ne palavat, kun ne ovat päällä? Kuinka menettää vastustuskyky? TOISTAA

Mikä on sähkövirta?
Mitkä ovat virran olemassaolon ehdot?
Mitä virran toimintoja tiedät?
Mikä on virran suunta?
Mikä on virran arvo sähköpiirissä?
Mikä on virran yksikkö?
Mistä määristä virran voimakkuus riippuu?
Mikä on virran etenemisnopeus johtimessa?
Mikä on elektronien järjestetyn liikkeen nopeus?
Riippuuko vastus virrasta ja jännitteestä?
Miten Ohmin laki on muotoiltu ketjun osalle ja kokonaiselle ketjulle?

ERI AINEIDEN SÄHKÖNJOHTAVUUTE

Mandelstam ja Papaleksi (1913)

Stewart ja Tolman (1916)

Virran suunnassa -< 0

І J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) nämä ovat elektroneja!

Rikken kokemus (saksa) - 1901 Vuosi! M = const, nämä eivät ole ioneja!

METALLIEN LATAUKSIEN LUONNE

Sähkövirta metalleissa on elektronien suunnattua liikettä.

Metallien sähkönjohtavuuden teoria

P. Druse, 1900:

vapaat elektronit - "elektroninen kaasu";
elektronit liikkuvat Newtonin lakien mukaan;
vapaat elektronit törmäävät kide-ioneihin. ritilät;
törmäyksessä elektronit siirtävät kineettisen energiansa ioneihin;
keskinopeus on verrannollinen intensiteettiin ja siten potentiaalieroon;

R = f (ρ, l, s, t)

vastuslämpömittarit

Edut: Auttaa mittaamaan erittäin alhaisia ja erittäin korkeita lämpötiloja.

suprajohtavuus Elohopea nestemäisessä heliumissa

Selitys perustuu kvanttiteoriaan.

D. Bardeen, L. Cooper, D. Schrieffer (Amer.) ja

N. Bogolyubov (oppilas vuonna 1957)

Suprajohtavuuden soveltaminen!

suurten virtojen, magneettikenttien saaminen;
sähkön siirto ilman häviötä.

kontrollitesti

Miten vapaat elektronit liikkuvat metalleissa?
Kuinka vapaat elektronit liikkuvat metalleissa sähkökentän vaikutuksesta?
.Mitkä hiukkaset sijaitsevat metallien kidehilan solmukohdissa ja mikä varaus niillä on?
Mitä sähkövirran vaikutusta käytetään sähkölampuissa?
Minkä hiukkasten liike katsotaan johtimessa olevan virran suunnaksi?
Miksi metallit kuumenevat, kun niiden läpi kulkee virta?
Miten metallien vastus muuttuu, kun ne jäähtyvät?

1. B. 2. D. 3.B. 4.G. 5.B. 6.B. 7.B.

RATKAISE ONGELMA

1. Sähkölampun volframilangan sähkövastus 23 °C:n lämpötilassa on 4 ohmia.

Etsi hehkulangan sähkövastus 0°C:ssa.

(Vastaus: 3,6 ohmia)

2. Volframifilamentin sähkövastus 0°C:ssa on 3,6 ohmia. Etsi sähkövastus

2700 K lämpötilassa.

(Vastaus: 45,5 ohmia)

3. Johdon sähkövastus 20°C:ssa on 25 ohmia, 60°C:ssa 20 ohmia. löytö

Sähkövastuksen lämpötilakerroin.