Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Яворский Б.М. -> "Справочник по физике для инженеров и студентов" -> 108

Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.

Яворский Б.М. , Детлаф А.А., Лебедев А.К. Справочник по физике для инженеров и студентов — М.: Оникс, 2006. — 1056 c.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка): spravochnikpofizike2006.djvu
Предыдущая << 1 .. 102 103 104 105 106 107 < 108 > 109 110 111 112 113 114 .. 307 >> Следующая


7°. Закон Ома для плотности тока:

j = аЕ = - Е.

P

Плотность тока проводимости равна произведению удельной электропроводности проводника а на напряженность электрического поля Е. Величину р = і на-

о

зывают удельным сопротивлением.

Выражение для а в классической электронной теории:

с = "oeZW

2т(и) ’

где Ti0 — концентрация электронов в металле, (X) — средняя длина свободного пробега, (и) — средняя (арифметическая) скорость теплового движения электронов при данной температуре. По квантовой теории металлов

п0е2(Л)

О ------Г- у

P F
396

IV.2. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТР ТОК В МЕТАЛЛАХ

где pF — импульс электрона, находящегося на уровне Ферми Wf; pF не зависит от температуры; (X) — средняя длина пробега электронов на уровне Ферми. Величина (к) зависит от температуры Т. В области комнатных температур (X) ~ Г-1, так что удельное сопротивление металлов

р = - , в согласии с данными опытов, растет, пропорци-

о

онально Т. При более низких температурах (X) ~ Т~п, где п > 1, и увеличивается по мере уменьшения T (на рис. IV.2.2 показана зависимость (X) от T для серебра).

Рис. IV.2.2

В металлах отклонения от закона Ома не наблюдалось вплоть до плотностей тока порядка IO11 А/м2.

8°. Платностью тепловой мощности тока w называют энергию, которая в результате взаимодействия ионов с .электронами передается ионам кристаллической решетки в единице объема проводника за единицу времени. Закон Джоуля—Ленца для плотности тепловой мощности тока:

w = Pj2.

Плотность тепловой мощности тока в проводнике равна произведению квадрата плотности тока j на удельное сопротивление р проводника.

9°. Закон Виде мана—Франца: для большинства металлов отношение коэффициента теплопроводности К к удельной электропроводности а одинаково при постоянной температуре:

-=C = const,

о
IV.2.3. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

397

Закон Видемана—Франца является следствием того, что теплопроводность металлов (как и их электропроводность) осуществляется свободными электронами. Согласно квантовой теории металлов

C = LT-HD2T.

где k — постоянная Больцмана, е — элементарный заряд, L — универсальная постоянная, называемая числом Лоренца-, L = ^ j = 2,45 • 10“8 Вт • Ом • К“2.

Это значение L находится в хорошем согласии с экспериментом при комнатных температурах.

10°. Зависимость удельного сопротивления проводника р от температуры:

P = Ро(! + at)’

где р0 — удельное сопротивление проводника при 0 °С, t — температура в градусах Цельсия, а — температурный коэффициент сопротивления. Для большинства металлов в интервале температур 0—100 °С а изменяется в пределах (3,3—6,2) • 10 й К-1. Зависимость р и а от температуры для чистых металлов (и некоторых сплавов) объясняется зависимостью (X) от температуры.

При всех температурах, кроме T = O, электроны испытывают рассеяние на тепловых колебаниях ионов тем большее, чем выше температура. При этом (Л) и а обратно пропорциональны температуре T (в области не слишком низких температур). В некоторых металлах и сплавах обнаруживается явление сверхпроводимости.

3. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1°. Кулоновские силы электростатического взаимодействия между электрическими зарядами приводят к такому их перераспределению в проводнике, при котором электрическое поле в проводнике исчезает, а потенциалы во всех его точках выравниваются. Поэтому поле кулоновских сил не может являться причиной возникновения постоянного электрического тока.
398

IV.2. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТР'. ТОК В МЕТАЛЛАХ

2°. Постоянный ток проводимости может быть осуществлен только при условии, что напряженность -электрического поля в проводнике отлична от нуля и не изменяется с течением времени. Цепи постоянного тока проводимости должны быть замкнутыми, а на свободные заряды, помимо электростатических (кулонов-ских) сил, должны действовать неэлектростатические силы, называемые сторонними силами. Электрическое поле сторонних сил в цепи создается включенными в нее источниками ЭДС (гальваническими элементами, аккумуляторами, электрическими генераторами и т. д.). Перемещая электрические заряды и поддерживая постоянными разности потенциалов между любыми двумя точками цепи постоянного тока, сторонние силы совершают работу за счет энергии, затрачиваемой в источнике ЭДС, который, таким образом, играет роль источника энергии в цепи. Поле сторонних сил существует внутри источника ЭДС. На участках цепи постоянного тока, не содержащих источников ЭДС, перемещение зарядов происходит под действием сил электростатического поля.

3°. Для любой точки внутри проводника, по которому проходит постоянный ток,

Е = Екул + Естор’

где E — напряженность электрического поля в данной точке, Elcyjl и Естор — напряженности соответственно кулоновского поля и поля сторонних сил. Для участка 1—2 проводника сечением S справедливо соотношение

2 2 2

=/ 1Wdl + / 1Wdl,

і I 1

где I — сила тока в проводнике, dl — вектор, численно равный элементу dl длины проводника и направленный по касательной к проводнику в ту же сторону, что и вектор плотности тока j:
Предыдущая << 1 .. 102 103 104 105 106 107 < 108 > 109 110 111 112 113 114 .. 307 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed