Argomento della lezione Corrente elettrica nei metalli.

Una lezione per imparare cose nuove con elementi di controllo e ripetizione.

Attrezzatura: presentazione, installazione per l'esperimento sulla variazione di resistenza in funzione della temperatura.

Traguardi e obbiettivi. 1. Formare la conoscenza delle basi della teoria elettronica della conduttività dei metalli, la fondatezza sperimentale e l'applicazione pratica della teoria.

2. Espandi gli orizzonti degli studenti con una storia sul fenomeno della superconduttività.

3. Impara ad applicare la conoscenza della dipendenza della resistenza dalla temperatura nella risoluzione dei problemi.

4. Aumentare i sentimenti patriottici attraverso la familiarizzazione con la storia delle scoperte nel campo della fisica corpo solido.

Piano della lezione. (tramite diapositive)

1.Oggi a lezione.

2. Ripetiamo. Vengono fornite domande, la cui conoscenza è richiesta quando si imparano cose nuove.

3. Lo studio del nuovo: a) la conduttività elettrica di varie sostanze, b) la natura dei portatori di carica nei metalli; c) la teoria della conduttività elettrica dei metalli; d) dipendenza della resistenza dalla temperatura; e) termometri a resistenza; f) superconduttività e sue applicazioni.

4. Prova di controllo. (Controlla dopo il clic del mouse).

5. Fissaggio. Vengono proposti tre problemi per la dipendenza della resistenza dalla temperatura. Le risposte vengono visualizzate dopo un clic del mouse. Gli studenti prendono i parametri costanti necessari dalle tabelle.

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"Presentazione per la lezione "Corrente elettrica nei metalli", Grado 10."

Corrente elettrica nei metalli

Savvateeva Svetlana Nikolaevna, insegnante di fisica, MBOU "Scuola secondaria Kemetskaya" del distretto Bologovsky della regione di Tver.

OGGI A LEZIONE

Il segreto diventa chiaro. Cosa si nasconde dietro il concetto "Portatori di corrente nei metalli"?

Quali sono le difficoltà della teoria classica della conduttività elettrica dei metalli?

Perché le lampadine a incandescenza si bruciano?

Perché si bruciano quando sono accesi?

Come perdere resistenza?

RIPETERE

• Che è successo elettricità?
• Quali sono le condizioni per l'esistenza di una corrente?
• Quali azioni della corrente conosci?
• Qual è la direzione della corrente?
• Qual è il valore della corrente in un circuito elettrico?
• Qual è l'unità di corrente?
• Da quali quantità dipende la forza attuale?
• Qual è la velocità di propagazione della corrente nel conduttore?
• Qual è la velocità del movimento ordinato degli elettroni?
• La resistenza dipende dalla corrente e dalla tensione?
• Come si formula la legge di Ohm per una sezione circuitale e per catena completa?

NATURA DEI PORTATORI DI CARICA NEI METALLI

L'esperienza di Rikke (tedesco) - Anno 1901! M = const, questi non sono ioni!

Mandelstam e Papaleksi (1913)

Stewart e Tolman (1916)

Nella direzione della corrente -

Di І J io - q ⁄ m = e ⁄ m) è elettroni!

La corrente elettrica nei metalli è il movimento diretto degli elettroni.

Teoria della conduttività elettrica dei metalli

P. Drusa, 1900:

• elettroni liberi - "gas elettronico";
• gli elettroni si muovono secondo le leggi di Newton;
• gli elettroni liberi collidono con gli ioni cristallini. grate;
• in caso di collisione, gli elettroni trasferiscono la loro energia cinetica agli ioni;
• la velocità media è proporzionale all'intensità e, quindi, alla differenza di potenziale;

R=f( ρ, l, s, t)

termometri a resistenza

Vantaggi: aiuta a misurare temperature molto basse e molto alte.

superconduttività

Mercurio in elio liquido

La spiegazione si basa sulla teoria dei quanti.

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

N. Bogolyubov (co-studente nel 1957)

E:

• ottenere correnti elevate, campi magnetici;
• trasmissione di energia elettrica senza perdite.

prova di controllo

• Come si muovono gli elettroni liberi nei metalli?

R. In un ordine rigorosamente definito. B. A caso. B. Ordinato.

• Come si muovono gli elettroni liberi nei metalli sotto l'azione di campo elettrico?

R. Disordinato. B. Ordinato. B. Ordinato nella direzione del campo elettrico. G. Ordinato nella direzione opposta al campo elettrico.

• . Quali particelle si trovano nei nodi reticolo cristallino metalli e che carica hanno?

A. Ioni negativi. B. Elettroni. B. Ioni positivi.

• Quale effetto della corrente elettrica viene utilizzato nelle lampade elettriche?

R. Magnetico. B. Termico. B. Chimico. G. Leggero e termico.

• Il movimento di quali particelle è preso come direzione della corrente nel conduttore?

A.Elektronov. B. Ioni negativi. B. Cariche positive.

• Perché i metalli si surriscaldano quando la corrente li attraversa?

A. Gli elettroni liberi si scontrano tra loro. B. Gli elettroni liberi collidono con gli ioni. B. Gli ioni si scontrano con gli ioni.

• Come cambia la resistenza dei metalli quando vengono raffreddati?

R. Aumenta. B. Diminuisce. B. Non cambia.

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

RISOLVERE IL PROBLEMA

1.Resistenza elettrica filamento di tungsteno di una lampada elettrica a una temperatura di 23 °C è uguale a 4 ohm.

Trovare la resistenza elettrica del filamento a 0°C.

(Risposta: 3,6 ohm)

2. La resistenza elettrica di un filamento di tungsteno a 0°C è di 3,6 ohm. Trova la resistenza elettrica

Alla temperatura di 2700 K.

(Risposta: 45,5 ohm)

3. La resistenza elettrica del filo a 20°C è di 25 ohm, a 60°C è di 20 ohm. Trovare

Coefficiente di temperatura della resistenza elettrica.

(Risposta: 0,0045 K¯¹)

Indice Cos'è la corrente elettrica? Cos'è la corrente elettrica? Fenomeni che accompagnano la corrente elettrica Fenomeni che accompagnano la corrente elettrica Esperienza di Tolman e Stewart Esperienza di Tolman e Stewart Teoria elettronica classica Teoria elettronica classica Barriera di potenziale Barriera di potenziale Superconduttività Superconduttività Superconduttività ad alta temperatura Superconduttività ad alta temperatura

Cos'è la corrente elettrica? Una corrente elettrica nei metalli è un movimento ordinato di elettroni sotto l'influenza di un campo elettrico. Gli esperimenti lo dimostrano quando la corrente scorre attraverso conduttore metallico non c'è trasferimento di materia, quindi gli ioni metallici non prendono parte al trasferimento di carica elettrica.

Fenomeni che accompagnano la corrente elettrica 1. il conduttore attraverso il quale scorre la corrente si riscalda, 2. la corrente elettrica può cambiare Composizione chimica conduttore, 3. la corrente ha un effetto di forza sulle correnti vicine e sui corpi magnetizzati 1. il conduttore attraverso il quale scorre la corrente si riscalda, 2. la corrente elettrica può modificare la composizione chimica del conduttore, 3. la corrente ha un effetto di forza su correnti vicine e corpi magnetizzati

L'esperienza di Tolman e Stuart (cap1) Lo schema dell'esperimento di Tolman e Stuart è mostrato in figura. Una bobina con un gran numero di spire di filo sottile è stata portata in rapida rotazione attorno al proprio asse. La bobina termina con fili flessibili erano collegati a un galvanometro balistico sensibile G. La bobina non attorcigliata è stata bruscamente decelerata e nel circuito si è verificata una corrente a breve termine, a causa dell'inerzia dei portatori di carica. La carica totale che scorre attraverso il circuito è stata misurata dalla deflessione dell'ago del galvanometro. Lo schema dell'esperimento di Tolman e Stewart è mostrato in figura. Una bobina con un gran numero di spire di filo sottile è stata portata in rapida rotazione attorno al proprio asse. Le estremità della bobina erano collegate con fili flessibili a un galvanometro balistico sensibile G. La bobina non attorcigliata è stata bruscamente decelerata e nel circuito si è verificata una corrente a breve termine a causa dell'inerzia dei portatori di carica. La carica totale che scorre attraverso il circuito è stata misurata dalla deflessione dell'ago del galvanometro.

(ch2) Quando si frena una bobina rotante, ogni portatore di carica e è influenzato da una forza frenante che svolge il ruolo di una forza di terze parti, cioè una forza di origine non elettrica. La forza di terze parti, relativa all'unità di carica, è per definizione l'intensità Est del campo delle forze di terze parti: quando si frena una bobina rotante, una forza frenante agisce su ciascun portatore di carica e, che svolge il ruolo di forza di terzi, cioè una forza di origine non elettrica. La forza esterna, riferita all'unità di carica, è per definizione l'intensità di campo Est delle forze esterne: forza esterna della forza esterna

(ch3) Di conseguenza, nel circuito quando la bobina è frenata, forza elettromotiva, uguale a: Pertanto, nel circuito quando si frena la bobina, si genera una forza elettromotrice pari a: dove l è la lunghezza del filo della bobina. Durante il tempo di frenatura della bobina, nel circuito fluirà una carica q pari a: dove l è la lunghezza del filo della bobina. Durante il tempo di frenatura della bobina, nel circuito fluirà una carica q pari a:

(h4) Qui I è il valore istantaneo della corrente nella bobina, R è la resistenza totale del circuito, υ0 è la velocità lineare iniziale del filo. Qui I è il valore istantaneo della corrente nella bobina, R è la resistenza totale del circuito, υ0 è la velocità lineare iniziale del filo. Quindi, la carica specifica e / m dei portatori di corrente liberi nei metalli è: Quindi, la carica specifica e / m dei portatori di corrente liberi nei metalli è:

(h5) Tutte le quantità incluse in lato destro questo rapporto può essere misurato. Sulla base dei risultati degli esperimenti di Tolman e Stewart, è stato scoperto che i vettori di carica gratuiti nei metalli hanno segno negativo, e il rapporto tra la carica portante e la sua massa è vicino alla carica specifica dell'elettrone ottenuta da altri esperimenti. Quindi è stato scoperto che i portatori di cariche libere nei metalli sono elettroni. Tutte le quantità incluse nella parte destra di questo rapporto possono essere misurate. Sulla base dei risultati degli esperimenti di Tolman e Stewart, è stato scoperto che i portatori di carica liberi nei metalli hanno un segno negativo e il rapporto tra la carica del vettore e la sua massa è vicino alla carica specifica dell'elettrone ottenuta da altri esperimenti. Quindi è stato scoperto che i portatori di cariche libere nei metalli sono elettroni. Secondo i dati moderni, il modulo di carica dell'elettrone (carica elementare) è: Secondo i dati moderni, il modulo di carica dell'elettrone (carica elementare) è: e la sua carica specifica è: e la sua carica specifica è:

(ch6) La buona conduttività elettrica dei metalli è dovuta all'elevata concentrazione di elettroni liberi, pari in ordine di grandezza al numero di atomi per unità di volume. La buona conduttività elettrica dei metalli è spiegata dall'elevata concentrazione di elettroni liberi, pari in ordine di grandezza al numero di atomi per unità di volume.

Teoria elettronica classica L'ipotesi che gli elettroni siano responsabili della corrente elettrica nei metalli sorse molto prima degli esperimenti di Tolman e Stewart. Già nel 1900, lo scienziato tedesco P. Drude, basato sull'ipotesi dell'esistenza di elettroni liberi nei metalli, creò una teoria elettronica della conduttività dei metalli. Questa teoria è stata sviluppata nelle opere del fisico olandese H. Lorenz ed è chiamata la teoria classica dell'elettrone. Secondo questa teoria, gli elettroni nei metalli si comportano come un gas di elettroni, proprio come un gas ideale. Il gas di elettroni riempie lo spazio tra gli ioni che formano il reticolo cristallino del metallo L'ipotesi che gli elettroni siano responsabili della corrente elettrica nei metalli sorse molto prima degli esperimenti di Tolman e Stewart. Già nel 1900, lo scienziato tedesco P. Drude, basato sull'ipotesi dell'esistenza di elettroni liberi nei metalli, creò una teoria elettronica della conduttività dei metalli. Questa teoria è stata sviluppata nelle opere del fisico olandese H. Lorenz ed è chiamata la teoria classica dell'elettrone. Secondo questa teoria, gli elettroni nei metalli si comportano come un gas di elettroni, proprio come un gas ideale. Il gas di elettroni riempie lo spazio tra gli ioni che formano il reticolo cristallino del metallo

Barriera potenziale A causa dell'interazione con gli ioni, gli elettroni possono lasciare il metallo solo dopo aver superato la cosiddetta barriera potenziale. L'altezza di questa barriera è chiamata funzione lavoro. A temperature (ambientali) ordinarie, gli elettroni non hanno energia sufficiente per superare la potenziale barriera. A causa dell'interazione con gli ioni, gli elettroni possono lasciare il metallo solo dopo aver superato la cosiddetta barriera potenziale. L'altezza di questa barriera è chiamata funzione lavoro. A temperature (ambientali) ordinarie, gli elettroni non hanno energia sufficiente per superare la potenziale barriera.

Superconduttività Secondo la teoria elettronica classica, la resistività dei metalli dovrebbe diminuire monotona al raffreddamento, rimanendo finita a tutte le temperature. Tale dipendenza è effettivamente osservata sperimentalmente a temperature relativamente elevate. Con più basse temperature nell'ordine di diversi kelvin, la resistività di molti metalli cessa di dipendere dalla temperatura e raggiunge un certo valore limite. Tuttavia, di grande interesse è lo straordinario fenomeno della superconduttività, scoperto dal fisico danese H. Kammerling-Onnes nel 1911. Ad una temperatura specifica Tcr, che è diversa per le diverse sostanze, la resistività diminuisce bruscamente fino a zero (Fig.). La temperatura critica per il mercurio è 4,1 K, per l'alluminio 1,2 K, per lo stagno 3,7 K. La superconduttività si osserva non solo negli elementi, ma anche in molti composti chimici e leghe. Ad esempio, il composto di niobio con stagno (Ni3Sn) ha una temperatura critica di 18 K. Alcune sostanze che passano a basse temperature in uno stato superconduttore non sono conduttrici a temperature ordinarie. Allo stesso tempo, conduttori "buoni" come il rame e l'argento non diventano superconduttori a basse temperature. Secondo la teoria elettronica classica, la resistività dei metalli dovrebbe diminuire monotonicamente al raffreddamento, rimanendo finita a tutte le temperature. Tale dipendenza è effettivamente osservata sperimentalmente a temperature relativamente elevate. A temperature inferiori dell'ordine di diversi kelvin, la resistività di molti metalli cessa di dipendere dalla temperatura e raggiunge un certo valore limite. Tuttavia, di grande interesse è lo straordinario fenomeno della superconduttività, scoperto dal fisico danese H. Kammerling-Onnes nel 1911. Ad una temperatura specifica Tcr, che è diversa per le diverse sostanze, la resistività diminuisce bruscamente fino a zero (Fig.). La temperatura critica per il mercurio è 4,1 K, per l'alluminio 1,2 K, per lo stagno 3,7 K. La superconduttività si osserva non solo negli elementi, ma anche in molti composti chimici e leghe. Ad esempio, il composto di niobio con stagno (Ni3Sn) ha una temperatura critica di 18 K. Alcune sostanze che passano a basse temperature in uno stato superconduttore non sono conduttrici a temperature ordinarie. Allo stesso tempo, conduttori "buoni" come il rame e l'argento non diventano superconduttori a basse temperature.

Le sostanze nello stato superconduttore hanno proprietà eccezionali. In pratica, la più importante di esse è la capacità di mantenere per lungo tempo (molti anni) senza attenuazione una corrente elettrica eccitata in un circuito superconduttore. Le sostanze nello stato superconduttore hanno proprietà eccezionali. In pratica, la più importante di esse è la capacità di mantenere per lungo tempo (molti anni) senza attenuazione una corrente elettrica eccitata in un circuito superconduttore. La teoria elettronica classica non è in grado di spiegare il fenomeno della superconduttività. La spiegazione del meccanismo di questo fenomeno è stata data solo 60 anni dopo la sua scoperta sulla base di concetti quantomeccanici. La teoria elettronica classica non è in grado di spiegare il fenomeno della superconduttività. La spiegazione del meccanismo di questo fenomeno è stata data solo 60 anni dopo la sua scoperta sulla base di concetti quantomeccanici. L'interesse scientifico per la superconduttività è aumentato quando sono stati scoperti nuovi materiali con temperature critiche più elevate. Un passo significativo in questa direzione è avvenuto nel 1986, quando si è scoperto che un composto ceramico complesso ha Tcr = 35 K. Già nel successivo 1987, i fisici sono riusciti a creare nuove ceramiche con una temperatura critica di 98 K, che supera la temperatura di azoto liquido (77 K). L'interesse scientifico per la superconduttività è aumentato quando sono stati scoperti nuovi materiali con temperature critiche più elevate. Un passo significativo in questa direzione è avvenuto nel 1986, quando si è scoperto che un composto ceramico complesso ha Tcr = 35 K. Già nel successivo 1987, i fisici sono riusciti a creare nuove ceramiche con una temperatura critica di 98 K, che supera la temperatura di azoto liquido (77 K).

Superconduttività ad alta temperatura Il fenomeno della transizione delle sostanze allo stato superconduttore a temperature superiori al punto di ebollizione dell'azoto liquido è stato chiamato superconduttività ad alta temperatura. Nel 1988 è stato creato un composto ceramico basato sugli elementi Tl–Ca–Ba–Cu–O con una temperatura critica di 125 K. Il fenomeno della transizione delle sostanze allo stato superconduttore a temperature superiori al punto di ebollizione dell'azoto liquido è stato chiamata superconduttività ad alta temperatura. Nel 1988 è stato creato un composto ceramico basato sugli elementi Tl–Ca–Ba–Cu–O con una temperatura critica di 125 K. Attualmente è in corso un intenso lavoro per la ricerca di nuove sostanze con valori ancora più elevati di Tcr. Gli scienziati sperano di ottenere una sostanza in uno stato superconduttore a temperatura ambiente. Se ciò accadrà, sarà una vera e propria rivoluzione nella scienza, nella tecnologia e in generale nella vita delle persone. Attualmente è in corso un intenso lavoro per la ricerca di nuove sostanze con valori ancora più elevati di Tcr. Gli scienziati sperano di ottenere una sostanza in uno stato superconduttore a temperatura ambiente. Se ciò accadrà, sarà una vera e propria rivoluzione nella scienza, nella tecnologia e in generale nella vita delle persone. Va notato che il meccanismo della superconduttività ad alta temperatura dei materiali ceramici non è stato ancora completamente chiarito. Va notato che il meccanismo della superconduttività ad alta temperatura dei materiali ceramici non è stato ancora completamente chiarito.

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Didascalie delle diapositive:

Corrente elettrica nei metalli Grado 11 Insegnante Kechkina N.I. MBO" Scuola superiore N. 12, Dzerzhinsk

La legge di Ohm dal punto di vista della teoria elettronica La corrente elettrica nei metalli è dovuta al movimento di elettroni liberi. Esperienza E. Rikke Risultato: la penetrazione del rame nell'alluminio non è stata rilevata. Esperimenti L.I. Mandel'stam e N.D. Papalexy 1912 R. Tolman e T. Stewart 1916 C-cilindro; Ø - spazzole (contatti); OO' - semiassi isolati Risultato: fermo, l'ago del galvanometro deviava fissando la corrente. Secondo la direzione della corrente, hanno determinato che le particelle negative si muovono per inerzia. In termini di carica, elettroni.

Il cammino libero medio λ è la distanza media tra due collisioni successive di elettroni con difetti. Violazione della resistenza elettrica della periodicità del reticolo cristallino. Cause: moto termico degli atomi; la presenza di impurità. Scattering di elettroni. Misura di dispersione Teoria elettronica classica di Lorentz (conduttività elettrica dei metalli): in un conduttore ci sono elettroni liberi che si muovono in modo continuo e casuale; Ogni atomo perde 1 elettrone per diventare uno ione; λ è uguale alla distanza tra gli ioni nel reticolo cristallino del conduttore. e è la carica dell'elettrone, C n è il numero di elettroni che sono passati attraverso la sezione trasversale del conduttore in unità. tempo m – massa dell'elettrone, kg u – velocità quadratica media del movimento casuale degli elettroni, m/s γ

Legge di Joule-Lenz dal punto di vista della teoria elettronica γ Legge di Joule-Lenz in forma differenziale. La teoria elettronica classica di Lorentz spiega le leggi di Ohm e Joule-Lenz, che sono confermate sperimentalmente. Un certo numero di conclusioni non sono confermate sperimentalmente. la resistività (il reciproco della conducibilità) è proporzionale alla radice quadrata della temperatura assoluta. La teoria elettronica classica di Lorentz ha dei limiti di applicabilità. Esperimenti ρ~ T

Sul tema: sviluppi metodologici, presentazioni e note

Corrente elettrica nei metalli

La prova più convincente della natura elettronica della corrente nei metalli è stata ottenuta in esperimenti con l'inerzia elettronica. L'idea di tali esperimenti e i primi risultati qualitativi appartengono ai fisici russi...

Tema "Corrente elettrica nei metalli" Lo scopo della lezione: continuare lo studio della natura della corrente elettrica nei metalli, studiare sperimentalmente l'effetto della corrente elettrica Obiettivi della lezione: Educativo - ...

Classe: 11

Presentazione per la lezione

Indietro avanti

Attenzione! L'anteprima della diapositiva è solo a scopo informativo e potrebbe non rappresentare l'intera portata della presentazione. Se sei interessato a questo lavoro, scarica la versione completa.

Obiettivi della lezione:

Svelare il concetto di natura fisica della corrente elettrica nei metalli, conferma sperimentale della teoria elettronica;

Continuare la formazione di idee scientifiche naturali sull'argomento in studio

Creare le condizioni per la formazione dell'interesse cognitivo, l'attività degli studenti

Formazione delle competenze;

Formazione della comunicazione comunicativa.

Attrezzatura: complesso interattivo SMART Board Notebook, la rete locale computer, internet.

Metodo di insegnamento della lezione: combinato.

Epigrafe della lezione:

Sforzati di comprendere la scienza sempre più a fondo,
Desiderio della conoscenza dell'eterno.
Solo la prima conoscenza brillerà su di te luce,
Saprai: non c'è limite alla conoscenza.

Ferdowsi
(Poeta persiano e tagiko, 940-1030)

Piano della lezione.

I. Momento organizzativo

II. Lavoro di gruppo

III. Discussione dei risultati, installazione della presentazione

IV. Riflessione

V. Compiti a casa

Durante le lezioni

Ciao ragazzi! Sedere. Oggi lavoreremo in gruppo.

Compiti per i gruppi:

I. Natura fisica delle cariche nei metalli.

II. L'esperienza di K.Rikke.

III. Esperienza di Stuart, Tolman. Esperienza di Mandelstam, Papaleksi.

IV. Teoria di Drudi.

V. Volt-ampere caratteristico dei metalli. Legge di Ohm.

VI. La dipendenza della resistenza dei conduttori dalla temperatura.

VII. Superconduttività.

1. La conducibilità elettrica è la capacità delle sostanze di condurre una corrente elettrica sotto l'influenza di un campo elettrico esterno.

Secondo la natura fisica delle cariche - portatori di corrente elettrica, la conducibilità elettrica è suddivisa in:

A) elettronico

B) ionico

B) misto.

2. Per ogni sostanza in determinate condizioni, è caratteristica una certa dipendenza dell'intensità attuale dalla differenza potenziale.

Secondo la resistività di una sostanza, è consuetudine suddividerla in:

A) conduttori (pag< 10 -2 Ом*м)

B) dielettrici (p\u003e 10 -8 Ohm * m)

C) semiconduttori (10 -2 Ohm * m> p> 10 -8 Ohm * m)

Tuttavia, tale divisione è condizionata, perché sotto l'influenza di una serie di fattori (riscaldamento, irradiazione, impurità), la resistività delle sostanze e le loro caratteristiche volt-ampere cambiano, e talvolta in modo molto significativo.

3. I portatori di cariche libere nei metalli sono gli elettroni. Dimostrato da esperimenti classici K. Rikke (1901) - fisico tedesco; LI Mandelstam e N. D. Papaleksi (1913) - i nostri compatrioti; T. Stewart e R. Tolman (1916) - Fisici americani.

L'esperienza di K.Rikke

Rikke ha piegato tre cilindri prepesati (due di rame e uno di alluminio) con le estremità lucide in modo che quello di alluminio fosse tra quelli di rame. Quindi i cilindri sono stati inclusi nella catena corrente continua: li ha attraversati durante l'anno alta corrente. Durante quel tempo, una carica elettrica pari a circa 3,5 milioni di C è passata attraverso i cilindri elettrici. L'interazione secondaria dei cilindri, effettuata fino a 0,03 mg, ha mostrato che la massa dei cilindri non è cambiata come risultato dell'esperimento. Esaminando le estremità a contatto al microscopio, si è riscontrato che vi sono solo tracce minori di penetrazione dei metalli, che non superano i risultati della normale diffusione degli atomi nei solidi. I risultati dell'esperimento hanno indicato che gli ioni non partecipano al trasferimento di carica nei metalli.

LI Mandel'stam

N. . Papalessia

Esperienza di L. I. Mandelstam e N. D. Papaleksi

Scienziati russi L. I. Mandelstam (1879-1949; fondatore della scuola di fisici radio) e N. D. Papaleksi (1880-1947; il più grande fisico sovietico, accademico, presidente del Consiglio scientifico di tutta l'Unione per la fisica radio e l'ingegneria radio sotto l'Accademia di Scienze dell'URSS) nel 1913 consegnò l'esperienza originale. Presero una bobina di filo e iniziarono a torcerla in diverse direzioni.

Svolgi, ad esempio, in senso orario, quindi fermati bruscamente e torna indietro.

Hanno ragionato in questo modo: se gli elettroni hanno davvero massa, quando la bobina si ferma improvvisamente, gli elettroni dovrebbero continuare a muoversi per inerzia per un po 'di tempo. Il movimento degli elettroni attraverso un filo è una corrente elettrica. Come previsto, così è successo. Abbiamo collegato un telefono alle estremità del filo e abbiamo sentito un suono. Una volta che si sente un suono nel telefono, quindi, la corrente lo attraversa.

T.Stewart

L'esperienza di T. Stewart e R. Tolman

Prendiamo una bobina che può ruotare attorno al proprio asse. Le estremità della bobina sono collegate al galvanometro tramite contatti striscianti. Se la bobina, che è in rapida rotazione, viene frenata bruscamente, gli elettroni liberi nel filo continueranno a muoversi per inerzia, per cui il galvanometro deve registrare un impulso di corrente.

Teoria di Drudi

Gli elettroni in un metallo sono considerati come un gas di elettroni, a cui può essere applicata la teoria cinetica dei gas. Si ritiene che gli elettroni, come gli atomi di gas nella teoria cinetica, siano sfere solide identiche che si muovono in linea retta finché non si scontrano tra loro. Si suppone che la durata di un singolo urto sia trascurabile e che non agiscano altre forze tra le molecole, eccetto quelle che sorgono al momento dell'urto. Poiché un elettrone è una particella caricata negativamente, per soddisfare la condizione di neutralità elettrica in un solido, devono esserci anche particelle di tipo diverso, caricate positivamente. Drude ha suggerito che la carica positiva di compensazione appartiene a particelle molto più pesanti (ioni), che considerava immobili. Al tempo di Drude, non era chiaro perché ci fossero elettroni liberi e ioni caricati positivamente nel metallo, e cosa fossero questi ioni. Solo la teoria quantistica dei solidi potrebbe dare risposte a queste domande. Per molte sostanze, tuttavia, si può semplicemente supporre che il gas di elettroni sia costituito da elettroni di valenza esterni debolmente legati al nucleo, che vengono “liberati” nel metallo e sono in grado di muoversi liberamente attraverso il metallo, mentre i nuclei atomici con elettroni di i gusci (nuclei atomici) rimangono invariati e svolgono il ruolo di ioni positivi fissi della teoria di Drude.

Corrente elettrica nei metalli

Tutti i metalli sono conduttori di corrente elettrica e sono costituiti da un reticolo cristallino spaziale, i cui nodi coincidono con i centri degli ioni positivi e gli elettroni liberi si muovono casualmente attorno agli ioni.

Fondamenti della teoria elettronica della conduttività dei metalli.

1. Un metallo può essere descritto dal seguente modello: il reticolo cristallino di ioni è immerso in un gas di elettroni ideale costituito da elettroni liberi. Nella maggior parte dei metalli, ogni atomo è ionizzato, quindi la concentrazione di elettroni liberi è approssimativamente uguale alla concentrazione di atomi 10 23 - 10 29 m -3 e quasi non dipende dalla temperatura.
2. Gli elettroni liberi nei metalli sono in continuo movimento caotico.
3. Una corrente elettrica in un metallo si forma solo a causa del movimento ordinato di elettroni liberi.
4. Collidendo con gli ioni che vibrano ai nodi del reticolo cristallino, gli elettroni danno loro energia in eccesso. Questo è il motivo per cui i conduttori si riscaldano quando la corrente scorre.

Corrente elettrica nei metalli.

Superconduttività

Il fenomeno di riduzione della resistività a zero a una temperatura diversa dallo zero assoluto è chiamato superconduttività. I materiali che mostrano la capacità di passare a determinate temperature diverse dallo zero assoluto in uno stato superconduttore sono chiamati superconduttori.

Il passaggio di corrente in un superconduttore avviene senza perdita di energia, quindi, una volta eccitata in un anello superconduttore, una corrente elettrica può esistere indefinitamente senza cambiamenti.

I materiali superconduttori sono già utilizzati negli elettromagneti. Sono in corso ricerche per creare linee elettriche superconduttrici.

L'applicazione del fenomeno della superconduttività in un'ampia pratica potrebbe diventare una realtà nei prossimi anni grazie alla scoperta nel 1986 della superconduttività della ceramica - composti di lantanio, bario, rame e ossigeno. La superconduttività di tali ceramiche viene mantenuta fino a temperature di circa 100 K.

Bravi ragazzi! Hanno fatto un ottimo lavoro. Si è rivelata una buona presentazione. Grazie per la lezione!

Letteratura.

1. Gorbushin Sh.A. Note di riferimento per lo studio della fisica per il corso della scuola secondaria di primo grado. - Izhevsk "Udmurzia", ​​1992.
2. Lanina I.Ya. Formazione degli interessi cognitivi degli studenti nelle lezioni di fisica: un libro per insegnanti. – M.: Illuminismo, 1985.
3. Lezione di fisica nella scuola moderna. Ricerca creativa per insegnanti: Un libro per insegnanti / Comp. E.M. Braverman / A cura di V.G. Razumovsky.- M.: Illuminismo, 1993
4. Digelev F.M. Dalla storia della fisica e dalla vita dei suoi creatori: un libro per studenti - M.: Education, 1986.
5. Kartsev V.L. Avventure di grandi equazioni - 3a edizione - M.: Conoscenza, 1986. (Vita di idee meravigliose).

Corrente elettrica nei metalli Savvateeva Svetlana Nikolaevna, insegnante di fisica, MBOU "Scuola secondaria Kemetskaya" del distretto Bologovsky della regione di Tver. OGGI A LEZIONE Il segreto diventa chiaro. Cosa si nasconde dietro il concetto "Portatori di corrente nei metalli"? Quali sono le difficoltà della teoria classica della conduttività elettrica dei metalli? Perché le lampadine a incandescenza si bruciano? Perché si bruciano quando sono accesi? Come perdere resistenza? RIPETERE

• Cos'è la corrente elettrica?
• Quali sono le condizioni per l'esistenza di una corrente?
• Quali azioni della corrente conosci?
• Qual è la direzione della corrente?
• Qual è il valore della corrente in un circuito elettrico?
• Qual è l'unità di corrente?
• Da quali quantità dipende la forza attuale?
• Qual è la velocità di propagazione della corrente nel conduttore?
• Qual è la velocità del movimento ordinato degli elettroni?
• La resistenza dipende dalla corrente e dalla tensione?
• Come si formula la legge di Ohm per un tratto di catena e per una catena completa?

CONDUCIBILITÀ ELETTRICA DI VARIE SOSTANZE

Mandelstam e Papaleksi (1913)

Stewart e Tolman (1916)

Nella direzione della corrente -< 0

Per І J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) questi sono elettroni!

L'esperienza di Rikke (tedesco) - Anno 1901! M = const, questi non sono ioni!

NATURA DEI PORTATORI DI CARICA NEI METALLI

La corrente elettrica nei metalli è il movimento diretto degli elettroni.

Teoria della conduttività elettrica dei metalli

P. Drusa, 1900:

• elettroni liberi - "gas elettronico";
• gli elettroni si muovono secondo le leggi di Newton;
• gli elettroni liberi collidono con gli ioni cristallini. grate;
• in caso di collisione, gli elettroni trasferiscono la loro energia cinetica agli ioni;
• la velocità media è proporzionale all'intensità e, quindi, alla differenza di potenziale;

R= f (ρ, l, s, t)

termometri a resistenza

Vantaggi: aiuta a misurare temperature molto basse e molto alte.

superconduttività Mercurio in elio liquido

La spiegazione si basa sulla teoria dei quanti.

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

N. Bogolyubov (co-studente nel 1957)

Applicazione della superconduttività!

• ottenere correnti elevate, campi magnetici;
• trasmissione di energia elettrica senza perdite.

prova di controllo

• Come si muovono gli elettroni liberi nei metalli?
R. In un ordine rigorosamente definito. B. A caso. B. Ordinato.
• Come si muovono gli elettroni liberi nei metalli sotto l'azione di un campo elettrico?
R. Disordinato. B. Ordinato. B. Ordinato nella direzione del campo elettrico. G. Ordinato nella direzione opposta al campo elettrico.
• .Quali particelle si trovano ai nodi del reticolo cristallino dei metalli e che carica hanno?
A. Ioni negativi. B. Elettroni. B. Ioni positivi.
• Quale effetto della corrente elettrica viene utilizzato nelle lampade elettriche?
R. Magnetico. B. Termico. B. Chimico. G. Leggero e termico.
• Il movimento di quali particelle è preso come direzione della corrente nel conduttore?
A.Elektronov. B. Ioni negativi. B. Cariche positive.
• Perché i metalli si surriscaldano quando la corrente li attraversa?
A. Gli elettroni liberi si scontrano tra loro. B. Gli elettroni liberi collidono con gli ioni. B. Gli ioni si scontrano con gli ioni.
• Come cambia la resistenza dei metalli quando vengono raffreddati?
R. Aumenta. B. Diminuisce. B. Non cambia. 1. B. 2. D. 3.b. 4.G. 5.b. 6.b. 7.b.

RISOLVERE IL PROBLEMA

1. La resistenza elettrica del filamento di tungsteno di una lampada elettrica a una temperatura di 23 ° C è di 4 ohm.

Trovare la resistenza elettrica del filamento a 0°C.

(Risposta: 3,6 ohm)

2. La resistenza elettrica di un filamento di tungsteno a 0°C è di 3,6 ohm. Trova la resistenza elettrica

Alla temperatura di 2700 K.

(Risposta: 45,5 ohm)

3. La resistenza elettrica del filo a 20°C è di 25 ohm, a 60°C è di 20 ohm. Trovare

Coefficiente di temperatura della resistenza elettrica.