§ 27. Струм у металах

Які умови протікання електричного струму?

Ви вже знаєте, що електричний струм — це впорядкований рух заряджених частинок. З’ясуємо, рух яких заряджених частинок е електричним струмом у металах.

Металевий провідник містить вільні електрони, які покинули атоми, при цьому атоми стають позитивно зарядженими іонами. Вільні електрони за відсутності електричного поля беруть участь в хаотичному тепловому русі. Під дією електричного поля електрони здійснюють упорядкований рух. Негативний заряд усіх вільних електронів за модулем дорівнює сумарному позитивному заряду всіх іонів кристалічної ґратки. Те, що електричний струм у металі обумовлений рухом електронів, було доведено експериментально.

Для доказу електронної природи струму в металах К. Рікке у 1899 році виконав дослід. Він використовував три добре відшліфовані циліндри, з яких один був алюмінієвий, а два інших — мідні (рис. 83), які щільно притерті один до одного. Він включив їх у головний дріт трамвайної підстанції м. Штутгарта і пропускав через них упродовж року електричний струм. За цей період через циліндри пройшов електричний заряд 3,5 * 10^е Кл. Вимірявши через рік масу кожного циліндра, Рікке виявив, що вона не змінилася. Отже, в металах не відбувалась дифузія, і електричний заряд переноситься частинками, які е спільними для різних металів, — електронами. Електричний струм в металах створюється впорядкованим рухом електронів.

Ще одним доказом електронної провідності металів е досліди американських фізиків Р. Толмена і Т. Стюарта, проведені у 1916 р. Вони використовували установку, основним елементом якої е котушка, що складається з великої кількості витків. Кінці драгу припаяні до металевих дисків, до яких приєднувався гальванометр (рис. 84). Котушку приводили в швидке обертання, а потім різко зупиняли. При цьому галь-

ванометр фіксував короткочасний струм. Поява струму пояснюсться тим, що вільні заряджені частинки після зупинки котушки продовжують свій рух унаслідок інертності.

За напрямком відхилення стрілки гальванометра зробили висновок про те, що струм створюється негативно зарядженими частинками. Розрахунки показали, що це — електрони.

Уточнення до теорії дослідів Толмена і Стюарта зробив український учений А. Е. Малиновський (1884 - 1937). Він надав свою інтерпретацію взаємодії вільних електронів та позитивних йонів у металах.

Запитання для самоперевірки

1. Рух яких заряджених частинок зумовлює електричний струм у металах?

Q. Чи переноситься речовина в металах при протіканні електричного струму?

3. В чому суть дослідів Толмена і Стюарта?

Завдання 27

1. Чому при різкому гальмуванні котушки, що обертається, електрони продовжують свій рух?

Q. Метою досліду Толмена і Стюарта було визначення відношення qlm(питомий заряд) для носіїв заряду в металах. Порахуйте це відношення.

З* Порахуйте, яка загальна маса електронів, що пройшли через циліндри в досліді Рікке.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Пістун