‘≥зика > ≈лектрони та њх роль в електричному струм≥

- 6 -

” 1916 р. досл≥д у трохи зм≥неному вар≥ант≥ повторили “олмен ≥ —тюарт , ¤к≥ ви¤вили струм чутливим гальванометром . «а в≥дхиленн¤ стр≥лки гальванометра можна було визначити , що струм утворювавс¤ рухом негативних зар¤д≥в . ” цьому ж досл≥д≥ знову вдалос¤ визначити в≥дношенн¤ зар¤ду електрона до його маси .

¬иникаЇ запитанн¤ , зв≥дк≥л¤ берутьс¤ в≥льн≥ електрони в метал≥ , чому вони не надають йому негативного зар¤ду , ¤кщо вони в≥льн≥ ? ” кристал≥ металу в≥льн≥ електрони рухаютьс¤ м≥ж вузлами реш≥тки безладно , под≥бно до того , ¤к рухаЇтьс¤ молекули газу (мал. є 4).’оч молекули мають велику швидк≥сть , вони не пронос¤тьс¤ , ¤к кул≥ , в≥д одн≥Їњ ст≥нки до ≥ншоњ . ” результат≥ взаЇмод≥њ ≥з сус≥дами вони виписують складн≥ траЇктор≥њ . “ак само й електрони описують под≥бн≥ складн≥ траЇктор≥њ у результат≥ Уз≥ткненьФ з вузлами реш≥тки ≥ м≥ж собою . «в≥дки виник вираз Уелектронний газ У дл¤ того , в ¤кому перебувають в≥льн≥ електрони в метал≥ .

«розум≥ло , не треба спрощено у¤вл¤ти соб≥ Уз≥ткненн¤ У електрон≥в . ” д≥йсност≥ взаЇмод≥¤ пол≥в окремих електрон≥в та ≥он≥в зм≥нюЇ напр¤м ≥ модуль њхн≥х швидкостей . ѕ≥д час Ф з≥ткненьФ

електрони розл≥таютьс¤ зовс≥м не в≥д справжнього њх доторканн¤ .

¬насл≥док безладного руху в≥льних електрон≥в у метал≥ ≥ величезноњ к≥лькост≥ електрон≥в в одиниц≥ обТЇму в одному ¤кому-небудь напр¤м≥ рухаЇтьс¤ ст≥льки ж електрон≥в , ск≥льки њх рухаЇтьс¤ в протилежному напр¤м≥ .

“ому , коли немаЇ зовн≥шнього електричного пол¤ , сумарний зар¤д , що переноситьс¤ в будь-¤кому напр¤м≥ , дор≥внюЇ нулю , тобто струму немаЇ . ј те , що сума вс≥х негативних зар¤д≥в електрон≥в дор≥внюЇ сум≥ вс≥х позитивних зар¤д≥в ≥он≥ , по¤снюЇ , чому загальний зар¤д металу також дор≥внюЇ нулю .

якщо до к≥нц≥в дроту прикласти електричну напругу , приЇднавши њх , наприклад , до полюс≥в акумул¤тора , то в пров≥днику встановитьс¤ електричне поле . ¬оно д≥¤тиме на електричн≥ зар¤ди й спричинюватиме њх додатковий рух . ¬ електронному газ≥ виникаЇ Уелектричний в≥терФ у напр¤м≥ до позитивного полюса , але при цьому електрони збережуть ≥

- 7 -

безладний рух . ѕовна аналог≥¤ до того , ¤к у пов≥тр¤них масах , що њх гонить в≥тер , збер≥гаЇтьс¤ хаотичний , тепловий рух молекул .

ѕеред нами Удрейф У електрон≥в . ¬насл≥док з≥ткнень , точн≥ше , впливу атомних пол≥в , середн¤ швидк≥сть У дрейфу У електрон≥в у пров≥днику залишаЇтьс¤ сталою (мал. є 5 ) .“ут маЇмо випадок , под≥бний до пад≥нн¤ в пов≥тр≥ сн≥жинок або пушинок . Ќезважаючи на сталу д≥ю сили т¤ж≥нн¤ , вони падають не в р≥вном≥рно прискореному рус≥ , ¤к це було б безпов≥тр¤ному простор≥ , а в середньому р≥вном≥рному .

яка ж швидк≥сть електричного струму ?

Ўвидк≥сть руху окремих електрон≥в прот¤гом њх в≥льного проб≥гу величезна ≥ дос¤гаЇ б≥льше ста к≥лометр≥в за секунду , але швидк≥сть упор¤дкованого руху електрон≥в мала .¬есь час затримуючись ≥ в≥дхил¤ючись в≥д курсу , електрони перем≥щуЇтьс¤

вперед пов≥льн≥ше , н≥ж равлик . –авлик проповзаЇ за 1 с. в

2 середньому 1мм., електрон у м≥дному дрот≥ перер≥зом 1мм при сил≥

струму 6 ј перем≥щуЇтьс¤ в напр¤м≥ проводу з швидк≥стю0,03 см/c.

јле чи можна сказати , що швидк≥сть електричного струму в проводах мала ? јдже досить повернути вимикач , ≥ електричн≥ лампи негайно засв≥чуютьс¤ .ўоб зрозум≥ти це , потр≥бно зТ¤сувати дл¤ себе , що саме ми розум≥Їмо п≥д швидк≥стю струму. ÷е не швидк≥сть поширенн¤ руху електрон≥в Ц це швидк≥сть поширенн¤ електромагн≥тного пол¤, що зумовлюЇ напр¤млений рух електрон≥в.

Ўвидк≥сть поширенн¤ електромагн≥тного пол¤ дор≥внюЇ 300000м/c.

≈лектрони вход¤ть до складу вс≥х елемент≥в . јле чому р≥зн≥ речовини мають р≥зну пров≥дн≥сть щодо електричного струму ? ўоб зТ¤сувати це , звернемос¤ до теор≥њ будови атом≥в . “епер в≥домо понад 100 р≥зних елемент≥в . ¬ивчати њх властивост≥ допомагаЇ пер≥одична система ћенделЇЇва . –озм≥стивши елементи за пер≥одами , в≥н склав таблицю , в ¤к≥й х≥м≥чно спор≥днен≥ елементи утворили групи , под≥бн≥ за властивост¤ми . ѕ≥зн≥ше електронна атома розкрила ф≥зичну причину пер≥одичного закону ћенделЇЇва .

’≥м≥чн≥ властивост≥ елемент≥в залежать в≥д характеристики групуванн¤ електрон≥в навколо ¤дра . ≈лектрони обертаютьс¤

- 8 -

навколо ¤дра , розм≥щуючись посл≥довно в р≥зно в≥ддалених в≥д нього шарах електрон≥в може бути не б≥льше н≥ж 2, 8, 18, 32.

ѕри цьому на крайн≥й зовн≥шн≥й оболонц≥ електрон≥в не може бути б≥льше 8. ÷е наочно показано в таблиц≥ елемент≥в нульовоњ групи

(≥нертних газ≥в ) .

¬ елемент≥в ≥нших груп зовн≥шн¤ оболонка не заповнена , тобто маЇ менше 8 електрон≥в . ” перш≥й груп≥ на зовн≥шн≥й оболонц≥ Ї один електрон , у друг≥й Ц2 ≥ т.д. —хеми атом≥в нульовоњ групи ( He , Na ) ≥ першоњ групи ( Li , Na ) показують , що Їдиний електрон обертаЇтьс¤ на зовн≥шн≥й , найв≥ддален≥ш≥й орб≥т≥ елемент≥в л≥т≥ю ≥ натр≥ю , пор≥вн¤но з розм≥щенн¤м електрон≥в в атомах гел≥ю ≥ неону . ¬≥ддален≥сть в≥д ¤дра означаЇ й значне ослабленн¤ звТ¤зку м≥ж зар¤дами ¤дра ≥ електрона . “акий електрон може покинути св≥й атом ≥ перейти до сус≥днього атома , пот≥м до ≥ншого ≥ т.д. ¬ластив≥сть втрачати своњ зовн≥шн≥й електрони мають також ≥нш≥ метали . ÷ю особлив≥сть легко по¤снити , бо к≥льк≥сть електрон≥в на зовн≥шн≥й оболонках атом≥в металу 1,2,3.

ћетали Ц Урозтратники У електрон≥в . ¬ив≥льнен≥ електрони й надають металу доброњ електропров≥дност≥ .  ≥льк≥сть в≥льних електрон≥в у металах близька до к≥лькост≥ атом≥в у метал≥ , в ус¤кому раз≥ вона дуже велика .÷е повТ¤зано з тим , що в≥д кожного атома , ¤к уже було сказано , в≥докремлюЇтьс¤ по одному або й б≥льше електрон≥в ¤к≥ й Ублукають У м≥ж позитивними ≥онами реш≥тки . ≤они реш≥тки перебувають при цьому в коливальному стан≥ . ѕ≥д час проходженн¤ струму Удрейфуюч≥ У електрони , стикаючись з ≥онами , в≥ддають набуту в≥д зовн≥шнього пол¤ енерг≥ю , тому коливанн¤ реш≥тки посилюЇтьс¤ Ц металевий пров≥дник нагр≥ваЇтьс¤ струмом .

- 9 -

ќп≥р метал≥в залежить також в≥д температури . « п≥двищенн¤м температури в≥н зб≥льшуЇтьс¤ , бо Упробиватись У електронам серед ≥он≥в , ¤к≥ швидко коливаютьс¤ , важче , н≥ж у тому раз≥ , ¤кби ≥они рухалис¤ пов≥льн≥ше або зовс≥м були нерухомими .

- 10 -

3 . як ќм математично розробл¤в св≥й закон .

ѕерш≥ своњ досл≥ди ќм провадив , користуючись власноручно виготовленим вольтовим стовпом ≥ гальваноскопом. ѕри цьому в≥н пом≥тив , що сила струму в електричному кол≥ падаЇ п≥сл¤ його замиканн¤ . ѕ≥сл¤ розмиканн¤ кола батаре¤ через ¤кийсь час знову в≥дновлюЇтьс¤ . ƒаючи в≥дгук про одного з перших праць ќма , видавець журналу ф≥зик ѕоггендорф зазначив , що було б бажано , щоб автор повторив своњ експерименти з б≥льш сталим джерелом струму , а саме з термоелементом . ќм почав використовувати термоелемент ≥з з≥гнутих п≥д пр¤мим кутом в≥смутовоњ ≥ м≥дноњ смужок , к≥нц≥ ¤ких скр≥плювалис¤ гвинтами . ќдин к≥нець термоелемента був у кипл¤ч≥й вод≥ , а другий Ц обкладали танучим льодом . ¬≥д полюс≥в дротини опускались в чашки з ртуттю .  оло замикалос¤ дротинами р≥зноњ довжини , що приЇднувалис¤ до тих самих чашок . —илу струму визначали його д≥Їю на магн≥тну стр≥лку , п≥дв≥шену на нитц≥ над дротиною , що йде в≥д термоелемента . «акручуючи нитку в б≥к , протилежний в≥дхил¤ючий д≥њ сили струму , вдавалос¤ повернути њњ до початкового положенн¤ , в площину магн≥тного мерид≥ана . ¬ одному з досл≥д≥в ќма м≥дн≥ дротини , ¤к≥ в≥н вмикав в коло , посл≥довно зам≥нюючи њх , мали довжину 2,4,6,10,18,34,66,180 дюйм≥в ≥ товщину 7/8 л≥н≥њ ( 1 л≥н≥¤ = 1/10 дюйма ). —илу струму вим≥рювали за кутом закручуванн¤ нитки. ÷е дало так≥ результати :

1	2	3	4	5

Ќазва: ≈лектрони та њх роль в електричному струм≥
ƒата публ≥кац≥њ: 2005-03-24 (4118 прочитано)