Природа электрического заряда в металлах.

Тема29. Электрический ток в металлах

1. Природа электрического заряда в металлах.

Первые опыты по выявлению природы электрического тока в металлах были проведены Э.Рикке в 1901г. Три цилиндра – два медных и один алюминиевый – с хорошо отшлифованными гранями ставили друг на друга и присоединяли к источнику тока. В течение года по проводникам протекал ток, но никаких химических изменений в проводниках не произошло. Отсюда следует, что ток в металлах осуществляется частицами, не имеющими отношения к химической структуре вещества, т.е. предположительно электроны.

Решающий эксперимент был поставлен в 1916г. Т.Стюартом и Р.Толменом. На катушку наматывался проводник, присоединенный к гальванометру. Катушка приводилась в быстрое вращение и резко тормозилась. При этом возникал электрический ток, направление которого показывало, что частицы, создавшие его, имеют отрицательный заряд. Отношение заряда к массе у этих частиц оказалось примерно таким, как у электрона. Это позволяет с достаточной уверенностью утверждать, что электрический ток в металлах есть результат упорядоченного движения свободных электронов.

2. Работа выхода. Электроны, движущиеся внутри металла, иногда могут вылетать за его пределы, образуя над ним электронное облако. Часть этих электронов вновь возвращается в металл, другие снова его покидают. Это очень похоже на процесс испарения жидкости. Чтобы выйти из металла, электрон должен совершить работу против сил притяжения положительных ионов металла и сил отталкивания отрицательного электронного облака. Эту работу называют работой выхода. Она различна у разных металлов.

Если электрон имеет энергию , он может покинуть поверхность металла.

Обычно работу выхода (А_вых) выражают эВ ( электрон-вольтах ).

1эВ – это энергия, которую приобретет электрон, пройдя разность потенциалов 1В, т.е.

А_вых = Δφ е 1эВ = 1В *1,6 10^-19 Кл = 1,6 10^-19 Дж.

3. Контактная разность потенциалов. На границе двух металлов с разной концентрацией электронов n₁ и n₂, причем n₂< n₁, за счет теплового движения начнет происходить диффузия электронов в металл с меньшей концентрацией. В результате один металл зарядится положительно, другой – отрицательно. Возникающее при этом электрическое поле будет препятствовать диффузии. Диффузия в этом случае играет роль сторонних сил, а полученную разность потенциалов называют контактной разностью потенциалов.

4.Термоэлектрические явления. Контактная разность потенциалов зависит от температуры металла в месте контакта и химического состава контактирующих металлов.

Если спаять концы двух разных металлов, места спаев поддерживать при разной температуре, в цепи возникнет электрический ток. Такой ток называют термоэлектрическим, два спаянных металла называют термопаройили термоэлементом. Это явление было открыто Т.Зеебеком и носит его имя.

Если через термопару, спаи которой находятся при одинаковой температуре пропустить электрический ток от внешнего источника, то температура одного из спаев начнет увеличиваться, а другого уменьшаться. Это явление открыл Пельтье.