Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. Мы с вами закончили изучение раздела "электромагнитные явления". И давайте вспомним какие темы мы с вами прошли и о чем мы узнали. И так...мы с вами узнали о магнитном поле. Линиях магнитного поля и правиле буравчика, далее познакомились с магнитным полем витка катушки с током, узнали о постоянных магнитах и их свойствах и познакомились с гипотезой Ампера, далее узнали об электромагнитах и их применении. Поговорили о магнитном поле Земли и телеграфном аппарате, познакомились с действием магнитного поля на проводник с током и правилом левой руки, узнали о процессах происходящих в рамке с током и основанных на этом явлении принципа работы электродвигателей с коллектором, познакомились с принципом работы электроизмерительных приборов - амперметра, вольтметра и гальванометра, порешали задачи на магнитные явления, познакомились с электромагнитной индукцией опытами Фарадея и правилом Ленца и в конце раздела узнали о вихревых токах и порешали задачи на правило Ленца. Ну а теперь давайте идем дальше...
Для начала этой лекции давайте вспомним, что такое электрический ток?
Электрический ток - это направленное движение заряженных частиц.
Для того, что бы электрический ток существовал необходимо, чтобы существовали свободные заряженные частицы в веществе. Если в веществе существуют свободные заряженные частицы, то как называется такое вещество? Такое вещество называется проводником. Кроме проводников существуют еще и диэлектрики, в которых заряженные частицы не могут свободно упорядоченно двигаться, а в проводниках они могут упорядоченно двигаться. Существуют разные виды проводников. И вот этот раздел мы посвятим природе носителей зарядов - тех самых заряженных частиц, в различных веществах. И так раздел который мы начинаем изучать называется "электрический ток в различных средах".
Давайте повторим для закрепления что такое электрический ток. Электрический ток - это направленное движение заряженных частиц. Эти частицы в дальнейшем мы будем называть носителями заряда, так принято в физике. И для того, чтобы длительно существовал электрический ток необходимо выполнение трех условий:
- наличие заряженных частиц
- электрическое поле
- замкнутая электрическая цепь
Сегодняшнюю и несколько следующих лекции мы посвятим природе этих самых свободных носителей зарядов. Как движутся эти свободные носители зарядов? На свете неподвижного ничего не бывает, даже если тело в виде стоящего на столе кусочка мела стоит неподвижно на поверхности стола, все равно внутри этого кусочка мела движутся молекулы. Как они движутся? Они колеблются вокруг своего положения равновесия - и это хаотические колебания. И поэтому если даже у нас электрический ток не течет, носители заряда в проводнике все равно движутся, но они повторим еще раз движутся хаотически.
А теперь давайте включим электрическое поле...
...и давайте определим в первом приближении упрощенно дрейфовую скорость этих упорядоченных частиц...
А теперь давайте поставим перед собой такую задачу: научится связывать силу тока в проводнике с дрейфовой скоростью.
И так выше мы вывели формулу определяющую как движутся носители заряда в любом проводнике: металл, жидкость...независимо от агрегатного состояния, в любом случае, на случайное тепловое движение накладывается упорядоченное (дрейфовое) движение.
Можно в качестве примера привести такой образ...представьте себе луг, на котором пасется корова. Допустим эта корова стоит на месте и над коровой вьются мошки. Какой характер движения этих мошек? Хаотический - эти мошки летают абсолютно беспорядочно и вот движение этих мошек напоминает движение заряженных частиц в проводнике, в котором отсутствует электрическое поле. А теперь допустим, что корова начала движение...но над ней продолжают виться эти мошки. И на хаотическое движение мошек накладывается упорядоченное движение коровы и получается приблизительно такая картина, как картина движения носителей заряда в проводнике, в котором течет электрический ток. Ну а теперь давайте перейдем к конкретным веществам...мы с вами рассмотрим природу электрического тока в металлах, в жидкостях, в полупроводниках и в газах...так что впереди у нас большая работа. И начнем мы с электрического тока в металлах. И так мы уже знаем, что свободными носителями заряда в металлах являются свободные электроны. Ну а как же люди узнали, что именно свободные электроны являются носителя зарядов в металлах? Ответить на этот вопрос было не просто...но прежде, чем говорить об этом стоит привести ссылку на одну повесть Артура Конан Дойля "Открытие Рафлза Хоу". Кем же был Рафлз Хоу? Это был ученый, который хотел получить золото из других материалов...достаточно "стандартная задача" перед алхимиками того времени (стоит отметить, что алхимия явдялась протонаукой, не псевдонаукой, которая существовала до появления научного метода). Книга была опубликована в 1891 году, когда уже был известен электрический ток. И вот Рафлз Хоу рассуждал так: "а что если я буду пропускать ток через разные материалы и они будут превращаться из одного в другой и можно таким образом получить золото". Он как-то вечером установил брусок из свинца в тисочки с двух сторон этого брусочка он подсоединил контакты к батареи и начал пропускать через него электрический ток...и пошел спать. Наутро приходит, а свинца нет! Кусочек пропал. Где он? Он смотрит, а на полу лужа блестящего чего-то...Конан Дойль написал, что это была ртуть. Значит у Рафлза Хоу из свинца получилась ртуть???...как думал Конан Дойль мыслями героя своей повести...и вот похожий опыт в 1901 году провел немецкий физик Рикке. Давайте посмотрим...
После опыта Рикке были сделан следующий вывод:
- в любом металле носители заряда одни и те же и они не являются характеристикой данного металла.
Тогда возникает следующий вопрос: а что же это за носители заряда? Ведь, существует множество заряженных частиц. Ответ на этот вопрос был дан позже в 1913 году физиками Мандельштамом и Папалекси. Они сумели установить знак свободных носителей заряда в металлах. В 1916 году американцы Толмен и Стюард не только подтвердили, что носители заряда имеют в металле отрицательный знак, но и доказали, что это электроны. Как же они это сделали? Давайте представим себе, что мы едем в трамвае, который двигается с достаточно большой скоростью и по какой-то причине трамвай резко затормозил. Куда при этом мы начнем двигаться? Вперед, потому что мы обладаем инертностью. Трамвай изменил свою скорость, а для того, чтобы тело изменило свою скорость нужно какое-то время и некоторое время человек двигается в ту же сторону в которую раньше двигался трамвай. Теперь давайте сделаем следующий шаг...
Теперь давайте посмотрим на опыт Толмена и Стюрда, который доказал, что носителями зарядов в металле являются электроны.
И в конце лекции давайте посмотрим видеофрагмент учебного фильма "Электронная проводимость металлов", в котором рассказывается об опытах Рикке, Мандельштама и Папалекси, а так же Толмена и Стюарда.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.