Классическая электронная теория

1. В металлах содержится большое количество электронов. Совокупность всех электронов образует «электронный газ». К «электронному газу» полностью применимы законы идеального газа.

Носителями тока в металлах являются свободные электроны, т. е. Электроны, слабо связанные с ионами кристаллической решетки металлов. Это представление о природе носителей тока в металлах основывается на электронной теории проводимости металлов, созданной немецким физиком П. Друде и разработанной в последствии нидерландским физиком Х. Лоренцем, а также на ряде классических опытов, подтверждающих положения электронной теории. Поэтому: электрический ток в металлах – направленное движение электронов, а не ионов (опыт Рикке: при длительном пропускании тока не наблюдалось взаимного проникновения вещества).

Существование свободных электронов в металлах можно объяснить следующим образом: при образовании кристаллической решетки металла (в результате сближения изолированных атомов) валентные электроны, сравнительно слабо связанные с атомными ядрами, отрываются от атомов металла, становятся «свободными» и могут перемещаться по всему объему. Электроны проводимости при своем движении сталкиваются с ионами решетки, в результате чего устанавливается термодинамическое равновесие между электронным газом и решеткой. Итак:

2. Электроны в металлах совершают хаотичное (тепловое) движение со скоростью Классическая электронная теория - student2.ru , любой электрон имеет энергию:

Классическая электронная теория - student2.ru ;

Эта энергия равна Классическая электронная теория - student2.ru , T – температура электронного газа.

Классическая электронная теория - student2.ru - скорость хаотичного движения электрона.

В обычных условиях - порядок скорости приблизительно Классическая электронная теория - student2.ru . Под действием источника ЭДС электроны упорядоченно движутся со скоростью Классическая электронная теория - student2.ru .

Классическая электронная теория - student2.ru ;

Классическая электронная теория - student2.ru ;

Классическая электронная теория - student2.ru ;

Классическая электронная теория - student2.ru – концентрация электронов ( Классическая электронная теория - student2.ru ).

Классическая электронная теория - student2.ru – плотность тока ( Классическая электронная теория - student2.ru ).

Классическая электронная теория - student2.ru .

Казалось бы, что полученные результаты противоречат факту практически мгновенной передачи электрических сигналов на большие расстояния. Дело в том, что замыкание цепи влечет за собой распространение электрического поля со скоростью света. И через время Классическая электронная теория - student2.ru ( Классическая электронная теория - student2.ru -длина цепи) вдоль цепи установится стационарное электрическое поле, и в ней начнется упорядоченное движение электронов. Поэтому электрический ток в цепи возникает практически одновременно с её замыканием.

Наши рекомендации