Підручник Фізика 8 клас - В.Д. Сиротюк - Генеза 2016 рік

Розділ 2 ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

§ 24. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У МЕТАЛАХ

Ви вже знаєте, що електричний струм - це впорядкований рух вільних електричних зарядів під дією електричного поля джерела струму. Але нам потрібно знати: які ці заряди? Як вони рухаються?

Мал. 148

Для цього розглянемо внутрішню будову металевих провідників. У будь-якому металі частина електронів покидає свої місця в атомі, у результаті чого атом перетворюється на позитивний йон. Позитивні йони в металах розміщуються у строгому порядку, утворюючи так звані кристалічні ґратки (мал. 148). Між йонами хаотично рухаються вільні електрони у вигляді електронного газу. Негативний заряд усіх вільних електронів за абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх йонів кристалічних ґраток. Тому за звичайних умов металевий провідник електрично нейтральний.

То які ж електричні заряди рухаються під дією електричного поля в металевих провідниках?

У 1899 р. німецький фізик-експериментатор Карл Рікке на трамвайній підстанції у Штутгарті вмикав у головний провід, яким подавалося живлення трамвайним лініям, послідовно три металевих циліндри, тісно притиснутих один до одного торцями: два крайніх - мідних, а середній - алюмінієвий. Через ці циліндри понад рік проходив електричний струм. У результаті точного зважування виявилося, що дифузія в металах не відбулася: у мідних циліндрах не було атомів алюмінію, і навпаки.

Таким чином Рікке довів, що під час проходження провідником електричного струму йони не переміщуються, а в різних металах переміщуються лише електрони. Отже, електричний струм у металевих провідниках створюється впорядкованим рухом електронів.

Тепер залишається з’ясувати: як рухаються вільні електрони?

За відсутності у провіднику електричного поля електрони рухаються хаотично, подібно до того, як рухаються молекули газів або рідин. У будь- який момент часу швидкості руху різних електронів відрізняються значенням і напрямком. За наявності у провіднику електричного поля електрони, зберігаючи свій хаотичний рух, починають зміщуватися в напрямку позитивного полюса джерела. Разом з безладним рухом електронів виникає і їх упорядкований рух. На малюнку 149 схематично показано траєкторію руху одного електрона з точки 1 у точку 2 під дією електричного поля.

Тепер можна дійти дуже важливого висновку: електричний струм у металах (металевих провідниках) — це впорядкований рух електронів під дією електричного поля, яке створює джерело електричного струму.

Мал. 149

Дослідженнями, що стосуються електронної провідності металів, займався український вчений А. Е. Малиновський (1884-1937). Він представив свою інтерпретацію взаємодії вільних електронів і позитивних йонів у металах. Зробив уточнення до теорії дослідів, які виконали в 1916 р. американський фізик Р. Толмен і шотландський фізик Б. Стюарт. Вони розкручували до великої швидкості котушку з мідного тонкого дроту навколо її осі, потім різко гальмували її і при цьому реєстрували в колі короткочасний електричний струм, зумовлений інерцією носіїв заряду, якими виявилися саме електрони.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Яка будова металевого провідника?

2. Поясніть, що за звичайних умов будь-який шматок металу є електрично нейтральним.

3. Як довести, що електричний струм у металах виникає внаслідок руху електронів, а не руху йонів? Опишіть відповідний дослід.

4. Як рухаються електрони у провіднику за відсутності в ньому електричного поля і за наявності його?

5. Поясніть природу електричного струму в металах.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити