Рефераты по Физике

Учебник по физике для поступающих в ВУЗ

Страница 73

Пусть к проводнику длиной l и поперечным сечением S приложено напряжение U.

Под действием электрического поля напряженностью E = U/l электроны, являющиеся носителями электрического тока, приобретают постоянное ускорение в направлении противоположном напряженности поля:

a = = =

Из-за столкновений с атомами и молекулами электроны под действием электрического поля движутся по сложной не прямолинейной траектории. За промежуток времени τе между столкновениями электрон, движущийся равноускоренно, приобретает направленную скорость:

v = a τе = τе

Сила тока через поперечное сечение проводника (учитывая, что q0 = e):

I = q0nSv = enSv = enS τе = U

Сила тока в однородном проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению.

Коэффициент пропорциональности между силой тока и напряжением обозначают:

g = и называют проводимостью

Единица измерения – См (Сименс) или Мо(обратный Ом)

Электрическое сопротивление проводника:

R = =

Единица измерения – Ом = В/А

Наиболее простой вид имеет вольт-амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые для металлов ее установил немецкий ученый Георг Ом. (См.ниже «Закон Ома для участка цепи»)

С помощью закона Ома можно определить сопротивление проводника по силе тока при известном напряжении:

R =

Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при напряжении в 1 В сила тока в нем 1 А.

Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.

Сопротивление проводника длиной l с постоянной площадью поперечного сечения S:

R = ρ

где ρ = — удельное сопротивление проводника - величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от тем­пературы в первую очередь)

Единица измерения – Ом*м

Удельное сопротивление – скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения (при направлении тока перпендикулярно его сечению)

Удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника, имеющего форму куба с ребром 1 м, если ток направлен вдоль нормали к двум противоположным граням куба.

При нагревании удельное сопротивление металлов увеличивается по линейному закону:

ρ = ρ0 (1+ α DT)

ρ0 – удельное сопротивление при T0 = 293оК, DT = T - T0;

a – температурный коэффициент сопротивления, особый для каждого металла

Единица измерения – 1/К = К-1

Коэффициент a называют температурным коэффициентом сопротивления.

Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры.

Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при его нагревании на 1К.

Для всех металлов a > 0 и незначительно меняется с изменением температуры.

Если интервал изменения температуры не велик, то температурный коэффициент сопротивления можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур.

Удельное сопротивление полупроводников , в отличие от металлов, уменьшается при увеличении температуры, так как растет количество свободных зарядов, создающих электрический ток.

Такой процесс электропроводности характерен для собственной проводимости полупроводников.

У растворов электролитов сопротивление с ростом температуры не увеличивается, а уменьшается. Для них a < 0.

При нагревании проводника его геометрические размеры меняются незначительно. Сопротивление меняется в основном за счет изменения его удельного сопротивления.

Увеличение удельного сопротивления при нагревании объясняется увеличением кинетической энергии хаотического теплового движения электронов, препятствующей их направленному движению, создающему электрический ток.

При близких к абсолютному нулю температурах сопротивление веществ резко падает до нуля, так как практически прекращается тепловое движение молекул, препятствующее току.

Это явление называется сверхпроводимостью.

Прохождение тока в сверхпроводящих материалах происходит без потерь на нагревание проводника.

Зависимость сопротивления металлов от температуры используют в термометрах сопротивления. Обычно берут платиновую проволоку, зависимость сопротивления которой от температуры хорошо известна и линейна на большом интервале температур.

Сверхпроводимость

В 1911 г. голландский физик Гейке Каммерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости.

При охлаждении ртути в жидком гелии ее сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при 4.1К очень резко падает почти до нуля.

Сверхпроводимость – физическое явление, заключающееся в скачкообразном падении до нуля сопротивления вещества.

Сверхпроводник – вещество, которое может переходить в сверхпроводящее состояние.

Сверхпроводимость наблюдается при очень низких температурах около 25К.

Критическая температура – температура скачкообразного перехода вещества из нормального в сверхпроводящее состояние.

Максимальной критической температурой среди чистых металлов обладает технеций 11.2К.

Ток в сверхпроводнике может протекать неограниченное время из-за отсутствия сопротивления.

Выделения теплоты в сверхпроводящей обмотке не происходит.

Если в кольцевом сверхпроводящем проводнике создать ток, а затем устранить источник тока, то сила тока в этом проводнике не будет меняться сколь угодно долго.

Однако получить сильное магнитное поле с помощью сверхпроводящего магнита нельзя. Очень сильное магнитное поле разрушает сверхпроводимое состояние.

Такое поле может быть создано током в самом проводнике. Поэтому для каждого проводника в сверхпроводящем состоянии существует критическое значение силы тока, превысить которое не нарушая сверхпроводящее состояние нельзя.

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100