răspunsuri Fizică
Teoria clasică a conductivității electrice a metalelor.
Bazat pe conceptul de electroni liberi, P. Drude și H. Lorenz a creat o teorie a conductivității electrice a metalelor. Conform acestei teorii electronii liberi să se comporte ca un moleculele gazului ideal. Între coliziunile se mișcă liber, care rulează un fel sau altul
. Coliziunile electronilor se realizează în principal cu ionii cu zăbrele, iar acest lucru duce la un echilibru termic între gazul de electroni și rețeaua cristalină. Moțiunea termică viteza medie de electroni poate fi produs în conformitate cu formula:.la
această viteză este de aproximativ 10 de 5 m / s. Când câmpul în mișcare a particulelor aleatorie este suprapus deplasarea ordonată cu o anumită viteză medie . Acesta poate fi estimată din expresia. (2) Densitatea curentului maxim admisibil pentru conductoarele din cupru 10 7 amperi / m2 și concentrația de electroni . taxa de electroni este de 1,6 x 10 -19 Cl. Înlocuind aceste valori în formula (2) vedem că viteza medie a particulelor este direcționată mișcare . Ie chiar și la densități de curent foarte mari, viteza termică medie este mult mai mare decât viteza medie a mișcării directionale, cauzată de câmpul electric.Derivația legilor de bază ale curentului electric în teoria clasică a conductivității electrice. (Legea lui Ohm, Joule - Legea lui Lenz Wiedemann - Franz.
Obținem legile de bază ale conductivitatii electrice bazate pe teoria Drude Lorentz. Conform acestei teorii a electronului în coliziune cu ioni de electroni de rețea cristalină a achiziționat energie suplimentară este complet transferat la ionul, și, prin urmare, viteza de electroni devine egală cu zero. Sub influența câmpului, electronii sunt accelerați și de a dobândi accelerație egală
. În timpul alerga liberelectroni viteza crește la. Presupunând că viteza electronului este același, putem scrie că electronul înseamnă timp liber este egal cu, gdeu practic egală cu viteza de deplasare aleatorie a electronilor.. Viteza variază liniar în timp liber, astfel încât viteza medie a mișcării de electroni este comandat. Densitatea curentului:. (3) Astfel, densitatea de curent a fost proporțională cu tensiunea. Expresia (3) poate fi scrisă ca:(4)Formula rezultată exprimă legea lui Ohm în formă diferențială. aici
- proporționalitate coeficient de conductivitate al metalului. În cazul în care nu au existat ciocniri între electroni și ioni zăbrele, conductivitatea ar fi infinitObținem Joule-Lenz bazat pe teoria Drude-Lorentz. Până la sfârșitul căii libere electronului capătă o energie cinetică:
, (5) Se consideră că skorostv de electroni și U au evenimente statistic independente, iar viteza medie termică. Ultimul termen în formula (5)- energia cinetică medie a mișcării termice. astfel în prezența unui câmp, energia de electroni devine suplimentar. Confruntați cu ioni, electroni transmite complet această energie în rețeaua cristalină. Această energie este de a crește energia internă a grilajului, și anume, pentru încălzire. Fiecare electron este supus unui al doileacoliziuni. consumabile În consecință, per unitate de volum pe unitatea de timp trebuie să fie alocate:. coeficientul decoincide cu. astfel- Aceasta este legea Joule. ^ Legea Wiedemann-Franz. Wiedemann Franz și a stabilit contactul între conductivitatea termică și conductivitatea electrică a tuturor metalelor. Conductivitatea termică a metalelor, după cum arată experiența, mult mai mare conductivitate termică dielectricilor. Rezultă că conductivitatea termică a metalelor este, în general nu se efectuează în rețeaua cristalină și electronii liberi. Prin urmare, luând în considerare electronii ca un gaz monoatomic, se folosește formula pentru coeficientul de conductivitate termică a gazelor:. Căldura specifică a unui gaz monoatomic:. Raportul dintre conductivitate termică la raportul de conductivitate:. astfel raportul de conductivitate termică a coeficientului de conductivitate a temperaturii proporțional. Această relație este în bună concordanță cu datele experimentale. Dar Lorentz calcule rafinate a primit un alt mezhdu i relație. care este mai rău decât acordul cu datele experimentale. Ie Teoria clasică oferă doar un acord calitativ între Wiedemann -Frantsa.Teploemkost de metal poate fi reprezentat ca o capacitate de grilaj de căldură și de capacitatea calorică a gazului de electroni. Fiecare atom vibreaza cu privire la poziția sa de echilibru și are trei grade de libertate. Energia pe fiecare grad de libertate de vibrație. zăbrele De aceea molar căldura specifică:. Capacitatea termică a gazului de electroni:. Prin urmare, capacitatea termică totală a metalului. În dielectrici Capacitatea termică este determinată numai de bare. Ie Capacitatea de căldură de metal ar trebui să fie de 1,5 ori mai mare decât capacitatea calorică a dielectric, iar experimentul arată că capacitatea lor de căldură este aproape la fel. Explicarea tuturor discrepanțelor din teoria clasică a conductivității electrice a metalelor cu experimentul este explicată doar prin teoria cuantică a metalelor.Independent de evacuare a gazelor și a tipurilor sale (mocnit, o scânteie, arc și corona).
33. curenți turbionari. curenți turbionari.
curent cu inducție are loc nu numai într-un conductor liniar, ci și în conductoarele masive continue care sunt plasate într-un câmp magnetic alternativ. Se pare, acești curenți sunt închise în grosimea conductorului, și, prin urmare, se numește un vortex. De asemenea, ele sunt numite curenți turbionari - după primul cercetător. curenți turbionari, curenții induși ca în conductori liniari simpli au o direcție care urmează regulile Lenz: câmpul lor magnetic este direcționat astfel încât să fie schimbarea prepyatsviya în flux magnetic care induce curenți turbionari. De exemplu, dacă între polii unui electromagnet pendul cupru masiv fără personalitate juridică efectuează oscilații practic neamortizate (Fig. 1), atunci când curentul incepe oprește foarte lent și foarte rapid. Această experiență se datorează faptului că curenții Foucault au cauzat direcția în care acționează pe partea intensitatea câmpului magnetic are efecte inhibitoare asupra pendulului și se oprește rapid. Acest lucru se aplică la aproape calm (amortizare) părțile în mișcare ale diverselor instrumente și mecanisme. Dacă vom face locașurile radiale în pendul descris, curenții turbionari sunt atenuate și aproape nici de frânare. În afară de frânare curenți turbionari produc o încălzire a conductoarelor. Prin urmare, pentru a reduce pierderile la încălzirea transformatoarelor de bază generatorul pentru armături nu se face continuu, ci din plăci subțiri, care sunt separate unul de celălalt prin straturi izolatoare și pune-le în așa fel încât curenții turbionari sunt direcționate transversal plăcile. Căldura de Joule care vydelyaeetsya curenți turbionari utilizate în cuptoare metalurgice cu inducție. cuptor cu inducție este un creuzet care este plasat în interiorul bobinei, în care de înaltă frecvență circulă curentul. Metalul se produce apariția curenți turbionari intense care pot încălzi până la temperatura de topire. Această metodă face posibilă topirea metalelor în vid, producând astfel de materiale foarte pure. Apariția curenți turbionari în firele se produce și prin care variabil curge curent. Sensul acestor curenți pot fi găsite pe regula Lenz. Fig. 2a direcția dată curenților turbionari prin creșterea curentului primar în conductorul, și Fig. 2b - când este în scădere. În ambele cazuri, direcția curenților turbionari este faptul că acestea oferă o rezistență la o schimbare a curentului primar în conductorul și să faciliteze schimbarea acestuia în apropierea suprafeței. Prin urmare, datorită apariției curenților turbionari rapid variabile de curent este distribuit uniform pe secțiunea transversală a firului - ca și în cazul în care acesta este deplasat pe suprafața conductorului. Acest fenomen a devenit cunoscut sub numele de efectul de piele (din piele engleză -. Piele) sau efectul de piele. Deoarece curenții de înaltă frecvență sunt aproape într-un strat subțire de suprafață, firul pentru ei sunt cav. Dacă conductori solizi încălziți prin curenți de înaltă frecvență, rezultatul efectului pielii se produce încălzirea numai stratul de suprafață. Pe baza acestei metode metal durificare suprafață. Modificarea frecvenței câmpului, permite întărire la orice adâncime dorită.