Классическая теория электропроводности металлов

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
Классическая теория электропроводности металлов

Содержание

2. Экспериментальные доказательства классической ТЭМ Опыт К.Рикке (1901) – доказательство того, что ионы металла не участвуют в
3. Экспериментальные доказательства классической ТЭМ Опыты С.Л.Мандельштама и Н.Д. Папалекси (1913г) и Р.Тольмена (1916г) - экспериментальное определение
4. Основные положения элементарной классической теории электропроводности металлов (ТЭМ) В узлах кристаллической решетки металла располагаются ионы, а
5. Преимущества и недостатки классической ТЭМ Преимущества: простота и наглядность теории по сравнению с квантовой теорией. правильные
6. Противоречия классической ТЭМ 1. Согласно выводов классической ТЭМ сопротивление металла должно возрастать пропорционально квадратному корню из
7. Противоречия классической ТЭМ 3. Чтобы значения удельной электрической проводимости металла, рассчитанные по формуле (1) не расходились
8. Работа выхода электронов из металла Работа выхода электронов из металла - работа, которую нужно затратить для
9. Электронная эмиссия Электронная эмиссия – явление испускания электронов металлом под воздействием внешних факторов Виды эмиссии (в
10. Термоэлектронная эмиссия Термоэлектронная эмиссия – это испускание электронов нагретыми металлами. Применение явления термоэлектронной эмиссии - в
11. Параметры и характеристики вакуумного диода Рисунок 1 -Вольт- амперная характеристика вакуумного диода Область I – «кривая
12. Виды эмиссии Фотоэлектронная эмиссия – это эмиссия электронов из металла под действием света, а также коротко-волнового
14. Скачать презентацию

Слайд 2

Экспериментальные доказательства классической ТЭМ
Опыт К.Рикке (1901) – доказательство того, что

ионы металла не участвуют в переносе электричества.
Суть опыта: пропускание электрического тока через три последовательно соединенных металлических цилиндра (медь, алюминий, медь) одинакового радиуса в течение одного года.
Результаты опыта: никаких следов переноса вещества при пропускании тока обнаружено не было.

Слайд 3

Экспериментальные доказательства классической ТЭМ
Опыты С.Л.Мандельштама и Н.Д. Папалекси (1913г) и

Р.Тольмена (1916г) - экспериментальное определение знака и величины удельного заряда носителей
Суть опытов: регистрация импульса тока в металлическом проводнике заданных размеров и с известным сопротивлением при его резком торможении.
Результаты опыта: экспериментально доказано, что носители тока в металлах имеют отрицательный заряд, а их удельный заряд приблизительно одинаков для всех исследованных металлов и совпадает по величине с удельным зарядом электрона.

Слайд 4

Основные положения элементарной классической теории электропроводности металлов (ТЭМ)
В узлах кристаллической решетки

металла располагаются ионы, а между ними хаотически двигаются свободные электроны.
Свободные электроны являются носителями тока в металлах.
Электроны образуют своеобразный электронный газ, обладающий свойствами идеального газа:
- валентные электроны металлов - это одинаковые твердые сферы;
- электроны двигаются по прямым линиям до столкновения друг с
другом;
- время контакта частиц пренебрежимо мало по сравнению с временем
"свободного" движения.
- сильным электрон- электронным и электрон-ионным
взаимодействием пренебрегают.
Электроны проводимости при своем движении сталкиваются с ионами решетки, в результате устанавливается термодинамическое равновесие между электронным газом и решеткой.
Электрический ток в металле возникает под действием электрического поля, вызывающего упорядоченное движение электронов проводимости.

Слайд 5

Преимущества и недостатки классической ТЭМ
Преимущества:
простота и наглядность теории по

сравнению с квантовой
теорией.
правильные качественные результаты при малой
концентрации электронов проводимости и высокой
температуре.
Недостатки:
невозможность правильно объяснить температурную
зависимость сопротивления металлических проводников.
затруднение при сопоставлении с опытом формул для
теплоемкостей металла.
трудности при оценке средней длины свободного пробега
электронов в металле.
противоречия при объяснении закона Видемана-Франца.

Слайд 6

Противоречия классической ТЭМ
1. Согласно выводов классической ТЭМ сопротивление металла должно возрастать

пропорционально квадратному корню из температуры.
Опыт показывает, что сопротивление металлических проводников линейно возрастает с температурой.
2. По электронной теории, теплоемкость одновалентных металлов должна составлять
Смет = Сат+Сэл = 1,5R+3R = 4,5R.
Опыт показывает, что теплоемкость металлов так же, как теплоемкость твердых диэлектриков, в соответствии с законом Дюлонга и Пти близка к 3R
(то есть у электронного газа теплоемкость практически отсутствует).

Слайд 7

Противоречия классической ТЭМ

3. Чтобы значения удельной электрической проводимости металла,

рассчитанные по формуле (1) не расходились с опытными, средняя длина свободного пробега электронов должна быть в сотни раз большей, чем период решетки металла. Это предположение противоречит классической электронной теории
(1)

4. Согласно эмпирическому закону Видемана-Франца отношение коэффициента теплопроводности λ к коэффициенту электропроводности γ для всех металлов приблизительно одинаково и изменяется пропорционально абсолютной температуре:
(2)

где β- постоянная, не зависящая от рода металла.
(3)

В рамках классической ТЭМ
(4)

где k - постоянная Больцмана, е – заряд электрона

Слайд 8

Работа выхода электронов из металла
Работа выхода электронов из металла - работа,

которую нужно
затратить для удаления электрона из металла в вакуум.
Единица измерения работы выхода - электрон-вольт (эВ)
1 эВ равен работе, совершаемой силами поля при перемещении элементарного электрического заряда при прохождении им разности потенциалов в 1 В.
Работа выхода зависит от химической природы металлов и от чистоты их поверхности.
Таблица 1 - Работа выхода электронов из металла

Слайд 9

Электронная эмиссия
Электронная эмиссия – явление испускания электронов металлом под воздействием внешних

факторов
Виды эмиссии
(в зависимости от способа сообщения
электронам энергии):
-термоэлектронная эмиссия
-фотоэлектронная эмиссия
- вторичная электронная эмиссия
- автоэлектронная эмиссия.

Слайд 10

Термоэлектронная эмиссия
Термоэлектронная эмиссия – это испускание электронов нагретыми металлами.
Применение явления термоэлектронной

эмиссии - в приборах, в которых создается поток электронов в вакууме: электронных лампах, рентгеновских трубках, электронных микроскопах и т.д.
Вакуумный диод- двухэлектродная лампа, представляющая собой откачанный баллон, содержащий два электрода: катод и анод.

Слайд 11

Параметры и характеристики вакуумного диода
Рисунок 1 -Вольт- амперная характеристика вакуумного диода

Область I – «кривая задержки»; область II- область малых положительных значений U;
область III - область насыщения тока.

Зависимость термоэлектронного тока от анодного напряжения в области II
закон трех вторых
(С.А.Богуславский, И. Ленгмюр)

где В –коэффициент, зависящий от формы и размера электродов и их взаимного расположения.

Зависимость плотности тока насыщения от абсолютной температуры Т
(формула Ричардсона – Дэшмена)

где С- постоянная, теоретически одинаковая для всех металлов;
А- работа выхода электронов из катода;
k-постоянная Больцмана;
Т- термодинамическая температура.

Слайд 12

Виды эмиссии
Фотоэлектронная эмиссия – это эмиссия электронов из металла под

действием света, а также коротко-волнового электромагнитного излучения
(например, рентгеновского)
Вторичная электронная эмиссия – это испускание электронов поверхностью металлов, полупроводников или диэлектриков при бомбардировке их пучком электронов.
Автоэлектронная эмиссия – это эмиссия электронов с поверхности металлов под действием сильного внешнего электрического поля.

Классическая теория электропроводности металлов

Содержание

Экспериментальные доказательства классической ТЭМ Опыт К.Рикке (1901) – доказательство того, что

Экспериментальные доказательства классической ТЭМ Опыты С.Л.Мандельштама и Н.Д. Папалекси (1913г) и

Основные положения элементарной классической теории электропроводности металлов (ТЭМ)В узлах кристаллической решетки

Преимущества и недостатки классической ТЭМ Преимущества: простота и наглядность теории по

Противоречия классической ТЭМ 1. Согласно выводов классической ТЭМ сопротивление металла должно возрастать

Противоречия классической ТЭМ 3. Чтобы значения удельной электрической проводимости металла,

Работа выхода электронов из металла Работа выхода электронов из металла - работа,

Электронная эмиссияЭлектронная эмиссия – явление испускания электронов металлом под воздействием внешних

Термоэлектронная эмиссия Термоэлектронная эмиссия – это испускание электронов нагретыми металлами. Применение явления термоэлектронной

Параметры и характеристики вакуумного диодаРисунок 1 -Вольт- амперная характеристика вакуумного диода

Виды эмиссии Фотоэлектронная эмиссия – это эмиссия электронов из металла под

Похожие презентации