-->
|
|
|
Ãëàâà 3. Ýëåêòðè÷åñêèé òîê â ðàçëè÷íûõ ñðåäàõ § 3.2. Ýëåêòðîííàÿ ïðîâîäèìîñòü ìåòàëëîâ
Ñâîáîäíûå ýëåêòðîíû â ìåòàëëàõ ïðåäûäóùèõ ãëàâàõ ìû íåîäíîêðàòíî ïîëüçîâàëèñü ïðåäñòàâëåíèåì î òîì, ÷òî ñâîáîäíûìè íîñèòåëÿìè çàðÿäà â áîëüøèíñòâå ìåòàëëîâ ÿâëÿþòñÿ ýëåêòðîíû.  îòñóòñòâèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ îíè äâèæóòñÿ áåñïîðÿäî÷íî, ó÷àñòâóÿ â òåïëîâîì äâèæåíèè (ñì. ðèñ. 2.1). Ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ýëåêòðîíû íà÷èíàþò óïîðÿäî÷åííî ïåðåìåùàòüñÿ ìåæäó èîíàìè, íàõîäÿùèìèñÿ â óçëàõ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè (ñì. ðèñ. 2.2), ñî ñðåäíåé ñêîðîñòüþ ïîðÿäêà 10-4 ì/ñ, îáðàçóÿ ýëåêòðè÷åñêèé òîê. Èîíû êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè ìåòàëëà â òâåðäîì ñîñòîÿíèè íå ïðèíèìàþò ó÷àñòèÿ â ñîçäàíèè òîêà. Èõ ïåðåìåùåíèå ïðè ïðîõîæäåíèè òîêà îçíà÷àëî áû ïåðåíîñ âåùåñòâà âäîëü ïðîâîäíèêà. Îïûòû æå ïî ïðîïóñêàíèþ òîêà â òå÷åíèå ìíîãèõ ìåñÿöåâ ïîêàçàëè, ÷òî íè÷åãî ïîäîáíîãî íå ïðîèñõîäèò. Îïûò Ðèêêå (1901)
Ý. Ðèêêå ñîñòàâèë öåïü, â êîòîðóþ âõîäèëè òðè ïðèæàòûõ äðóã ê äðóãó öèëèíäðà, èç êîòîðûõ äâà êðàéíèõ áûëè ìåäíûå, à ñðåäíèé — àëþìèíèåâûé (ðèñ. 3.1).  òå÷åíèå ãîäà ÷åðåç ýòè öèëèíäðû ïðîòåêàë òîê ïîðÿäêà 0,1 À, òàê ÷òî îáùèé çàðÿä, ïðîøåäøèé ÷åðåç öèëèíäðû, ïðåâûñèë 3, 5 • 106 Êë. Ïî îêîí÷àíèè îïûòà öèëèíäðû áûëè ðàçúåäèíåíû, è îáíàðóæèëèñü ëèøü ñëåäû âçàèìíîãî ïðîíèêíîâåíèÿ, íå ïðåâûøàþùèå ðåçóëüòàòîâ îáû÷íîé äèôôóçèè àòîìîâ â òâåðäûõ òåëàõ. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå äîêàçàòåëüñòâî ñóùåñòâîâàíèÿ ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ â ìåòàëëàõÝêñïåðèìåíòàëüíîå äîêàçàòåëüñòâî òîãî, ÷òî ïðîâîäèìîñòü ìåòàëëîâ îáóñëîâëåíà äâèæåíèåì ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ, áûëî äàíî â îïûòàõ Ë. È. Ìàíäåëüøòàìà è Í. Ä. Ïàïàëåêñè â 1912 ã. (ðåçóëüòàòû íå áûëè îïóáëèêîâàíû), à òàêæå Ò. Ñòþàðòà è Ð. Òîëìåíà â 1916 ã. Èäåÿ ýòèõ îïûòîâ òàêîâà. Åñëè ðåçêî çàòîðìîçèòü äâèæóùèéñÿ êóñîê ìåòàëëà, òî íàõîäÿùèåñÿ â íåì ñâîáîäíûå çàðÿäû, äâèãàÿñü ïî èíåðöèè, áóäóò ñêàïëèâàòüñÿ ó ïåðåäíåãî åãî êîíöà, è ìåæäó êîíöàìè ïðîâîäíèêà âîçíèêíåò ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ. Ñóùåñòâîâàíèå ïîäîáíûõ ýëåêòðîèíåðöèîííûõ ýôôåêòîâ è áûëî óñòàíîâëåíî àêàäåìèêàìè Ë. È. Ìàíäåëüøòàìîì è Í. Ä. Ïàïàëåêñè ñ ïîìîùüþ ñëåäóþùåãî îïûòà. Êàòóøêà, ñîåäèíåííàÿ ñ òåëåôîíîì, ïðèâîäèëàñü â êîëåáàòåëüíîå äâèæåíèå âîêðóã ñâîåé îñè (ðèñ. 3.2). Áëàãîäàðÿ èíåðöèè ñâîáîäíûõ çàðÿäîâ íà êîíöàõ êàòóøêè âîçíèêàëà ïåðåìåííàÿ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, è òåëåôîí èçäàâàë çâóê. Îäíàêî ýòî áûëè ëèøü êà÷åñòâåííûå îïûòû. Íèêàêèå èçìåðåíèÿ è êîëè÷åñòâåííûå ðàñ÷åòû â ýòèõ îïûòàõ íå áûëè ïðîèçâåäåíû.
Îïûò ñ êîëè÷åñòâåííûìè ðåçóëüòàòàìè áûë îñóùåñòâëåí ñïóñòÿ ÷åòûðå ãîäà Ò. Ñòþàðòîì è Ð. Òîëìåíîì.
 îïûòå Ñòþàðòà è Òîëìåíà êàòóøêà áîëüøîãî äèàìåòðà ñ íàìîòàííûì íà íåå ìåòàëëè÷åñêèì ïðîâîäîì ïðèâîäèëàñü â áûñòðîå âðàùåíèå è çàòåì ðåçêî òîðìîçèëàñü (ðèñ. 3,3). Ïðè òîðìîæåíèè êàòóøêè ñâîáîäíûå çàðÿäû â ïðîâîäíèêå ïðîäîëæàëè íåêîòîðîå âðåìÿ äâèãàòüñÿ ïî èíåðöèè. Âñëåäñòâèå äâèæåíèÿ çàðÿäîâ îòíîñèòåëüíî ïðîâîäíèêà â êàòóøêå âîçíèêàë êðàòêîâðåìåííûé ýëåêòðè÷åñêèé òîê, êîòîðûé ðåãèñòðèðîâàëñÿ ãàëüâàíîìåòðîì, ïðèñîåäèíåííûì ê êîíöàì ïðîâîäíèêà ñ ïîìîùüþ ñêîëüçÿùèõ êîíòàêòîâ. Íàïðàâëåíèå òîêà ñâèäåòåëüñòâîâàëî î òîì, ÷òî îí îáóñëîâëåí äâèæåíèåì îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííûõ ÷àñòèö. Ïåðåíîñèìûé ïðè ýòîì çàðÿä ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëåí îòíîøåíèþ çàðÿäà q0 ÷àñòèö, ñîçäàþùèõ òîê, ê èõ ìàññå m, ò. å.
|
|
|