Металлические проводники

Согласно современным представлениям кристалл твердого  или жидкого металла состоит из положительных ионов и свободных электронов. Ионы металла располагаются на одинаковых расстояниях один от другого и образуют правильную фигуру пространственной кристаллической решетки. Внутри решетки, подобно молекулам газа в воздухе, хаотично двигаются свободные электроны. В идеально правильной кристаллической решетке металла электроны двигались бы так же, как в пустоте. Однако включения посторонних примесей, искажающих решетку, а также тепловые движения атомов металла создают препятствия движению электронов. Часть электронов атомов металла, покидая свои орбиты, может попасть в поле других атомов и, сталкиваясь с другими электронами, выбить их со своих орбит, что приведет к образованию новых порций свободных электронов.

Ток в металлических проводниках

Рисунок 1. Ток в металлических проводниках

Электроны в атоме обладают не любыми, а только некоторыми, вполне определенными, значениями энергии (энергетические уровни). У большинства металлов заполненная и свободная зоны перекрываются и между ними запретной зоны нет. Поэтому электроны металла легко переходят из заполненной зоны в свободную, что обуславливает высокую электропроводимость металлов. Если приложить к концам металлического проводника электродвижущую силу, то под действием электрического поля свободные электроны металла получат добавочную скорость, вызванную электрическим полем. С увеличением силы поля все большая и большая часть ранее хаотически двигавшихся электронов принимает участие в направленном движении. В проводнике возникает электрический ток. Электроны при своем движении сталкиваются с составными частями атомов и молекул металла и передают им часть своей кинетической энергии, увеличивая их тепловое движение. В результате этого температура проводника повышается. Как было указано выше, тепловые движения частиц металла затрудняют движение электронов. Следовательно, с увеличением температуры проводника электрическое сопротивление его увеличивается. Сопротивление металлического проводника зависит и от наличия в нем примесей. Чем чище металл, тем ниже его электрическое сопротивление. Можно предположить, что сопротивление чистых металлов при абсолютном нуле температуры (– 273 °С) должно быть равно нулю. При этом наступает явление сверхпроводимости.

Видео 1. Электрический ток в металлических проводниках

Источник: Кузнецов М. И., "Основы электротехники" - 9-е издание, исправленное - Москва: Высшая школа, 1964 - 560с.

23 февраля 2015 | Электротехника

После открытия магнитного поля вокруг проводника с током была замечена тождественность магнитного действия токов и постоянных магнитов. Позднее наука пришла к выводу, что причиной любого магнитного поля является электрический ток...

14 ноября 2013 | Справочник электромеханика

Проектирование трансформаторов слагается из их расчета и конструирования. Расчет трансформатора в общем представляет собой математически неопределенную задачу со многими решениями, так как число определяемых неизвестных, связывающих их, больше числа уравнений...

31 марта 2015 | Электротехника

Если в цепь постоянного тока включить конденсатор (идеальный – без потерь), то в течение короткого времени после включения по цепи потечет зарядный ток. После того как конденсатор зарядится до напряжения...

16 февраля 2015 | Электротехника

Возьмем проводник, согнутый по кругу, и пропустим по нему ток (рисунок 1). Из чертежа видно, что магнитные линии по-прежнему замыкаются вокруг проводника с током и имеют форму окружностей. Магнитные линии...

13 февраля 2015 | Электротехника

Если взять концы двух проводников, присоединенных к полюсам источника электрического напряжения, и сблизить их почти вплотную, то между концами проводников образуется искра. Вследствие плохого контакта концы проводников будут нагреваться, и...

Информационный сайт "Электромеханика", © 2011-2019. Копирование материалов запрещено.