§ 43. Електропровідність металів.
Тут ти дізнаєшся, що зміна внутрішньої енергії металевого провідника і відповідно його температури веде до зміни його електричного опору.
В усіх дослідах, про які йшла мова у попередніх параграфах цього розділу, у численних електричних приладах і машинах використовуються металеві провідники. Вони слугують з’єднанню різних частин електричного кола, вони використовуються для перетворення електричної енергії в теплову, вони є головною частиною приладів для керування струмом в електричному колі. Вцілому про них у фізиці кажуть, що вони добрі провідники електрики. Але ці якості проявляються в різних умовах по-різному.
Складемо просте електричне коло з джерела струму, реостата, амперметра, вольтметра, вимикача, мідних провідників і сталевої спіралі увімкнутої в коло послідовно. Замкнувши коло, помітимо, що в колі проходить струм.
Відмітивши покази амперметра, піднесемо до спіралі полум’я спиртівки, (мал. 131).
Струм у колі поступово почне зменшуватися до якогось невеликого значення, хоча вольтметр відмітить сталість напруги. Отже, опір сталевої спіралі збільшується внаслідок її нагрівання.
Детальні дослідження показують, що опір усіх речовин, які відносяться до металів, при зміні температури змінюється майже лінійно за законом R-R0(H-CtAt ), де R0 — початковий опір провідника, At -зміна температури, а — температурний коефіцієнт опору даного металу. З даної формули випливає, що температурний коефіцієнт опору показує, яка відносна зміна опору провідника за зміни темпе-
ратури на один градус:
Опір металевих провідників залежить від їх температури. Опір металевих провідників збільшується при збільшенні температури.
Практично подібна залежність існує і для питомого опору металевих провідників: р - р0 (l+aAt) (мал. 132).
Чому ж у металів такі особливі властивості? Пригадаємо, що всі метали в твердому стані мають кристалічну структуру. Кристалічну ґратку речовини утворюють йони, між якими хаотично рухаються вільні валентні електрони, утворюючи «електронний газ». За наявності електричного поля до хаотичного руху додається їх напрямлений рух уздовж поля. Цей упорядкований у певному напрямі рух електронів поміж йонами і є електричним струмом у металах, про що і йшла мова в попередніх параграфах.
У своєму русі електрони, як заряджені частинки, взаємодіють з позитивними йонами гратки і віддають їм частину своєї енергії. При нагріванні провідника ззовні амплітуда коливань йонів збільшується в міру збільшення температури і вони більшою мірою впливають на рух електронів. Тому при нагріванні металевих провідників струм у них зменшується, що дозволяє твердити про збільшення електричного опору провідників.
Якщо вважати, що ця властивість пов’язана з особливостями внутрішньої будови, то можна прийти до висновку, що рівень зміни опору в різних металів повинен бути різним. Це і відображено у температурному коефіцієнті опору металів, який показує, що опір провідника при зміні температури на один градус у різних металів змінюється по-різному. У цьому можна переконатися, проглянувши таблицю значень температурних коефіцієнтів різних металів, які використовуються для виготовлення провідників для електричних кіл. Чим більше значення температурного коефіцієнта,
тим чутливіший провідник до зміни температури. Температурний коефіцієнт дозволяє розрахувати опір провідника, знаючи його початковий опір.
Для металів існує характерна властивість. Поступове зменшення температури відповідно спричинює і поступове зменшення опору провідника. При деякій температурі електричний опір провідника стрибкоподібно стає рівним (мал. 132) нулю. Такий стан провідника називають надпровідністю. Явище надпровідності відкрите данським фізиком Камерлінг-Оннесом у 1911 році при дослідженні електричної провідності ртуті. Температура, за якої було відкрите явище надпровідності, становила (-269 С). У наш час знайдено матеріали, які переходять у надпровідний стан за вищої температури (-230 С). Це дозволяє прогнозувати створення в майбутньому надпотужних ліній електропередач, потужних електромагнітів та інших електротехнічних пристроїв, у яких буде суттєво зменшено втрати електроенергії на нагрівання провідників.
Таблиця. Температурний коефіцієнт опору металів.
|
Речовина |
 |
|
Алюміній |
 |
|
Мідь |
 |
|
Нікелін |
 |
|
Срібло |
 |
|
Сталь |
 |
Подумай:
1. Який з металів доцільно використати для виготовлення електричного термометра?
2. Який з металів доцільно використати для виготовлення ре-зистора-еталона, опір якого при зміні температури змінюється мінімально?
Прочитай і з’ясуй, що ти знаєш.
1. Яка природа струму у металах?
2. Чому при збільшенні/зменшенні температури металів збільшується/зменшується їх питомий опір?
3. Яка залежність між зміною температури і зміною питомого опору металів?
4. Чому в описаному на початку параграфа досліді використано сталеву дротину?
δ. Яка сутність явища надпровідності?
Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Савченко
Автор: evg от 11-08-2016, 14:56, Переглядів: 5581