Природа носителей заряда в металлах

Учреждение образования “Гомельский инженерный институт” МЧС Республики Беларусь

Кафедра “Естественные науки”

“Классическая электронная теория электропроводимости металлов”

Реферат

по дисциплине “Физика”

Выполнил: курсант 1 курса 1 взвода

И.Г.Курлович

Проверил: преподаватель

А.И.Кравченко

Гомель, 2013

Содержание

5.1 Природа носителей заряда в металлах…………………………….3

5.2 Классическая теория электропроводности металлов…………….4

5.3 Вывод закона Ома из классических электронных представлений……………………………………………………….6

5.4 Вывод закона Джоуля–Ленца из электронных представлений….8

5.5 Закон Видемана – Франца и его объяснение электронной теорией……………………………………………………………….9

5.6 Затруднения классической теории металлов……………………..10

5.7 Основные положения квантовой теории металлов………………11

5.8 Квантование энергии свободных электронов в металлах……….13

5.9 Работа выхода………………………………………………………18

5.10. Термоэлектронная эмиссия……………………………………...19

5.11. Контактная разность потенциалов………………………………21

5.12. Термоэлектрические явления (явления Зеебека, Пельтье)…….26

5.13. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость…..29

Список литературы……………………………………………………..37

Природа носителей заряда в металлах

Природа свободных носителей заряда в металлах долгое время оставалась неизвестной. Вплоть до начала ХХ века основные законы тока не получили достаточного теоретического обоснования, несмотря на широкое практическое применение (закон Ома, например, получил теоретическое подтверждение только спустя 75 лет после открытия). Для выяснения природы носителей заряда в металлах были поставлены специальные опыты. Рассмотрим некоторые из них. Рикке своими опытами (Германия, 1901г.) пытался выяснить, связано ли прохождение тока по металлическим проводникам с переносом атомов вещества. Он в течение длительного времени (более года) пропускал достаточно большой постоянный ток через проводник, состоящий из нескольких чередующихся разнородных металлических цилиндров, плотно прижатых друг к другу торцами (в опытах использовались медь и алюминий). Несмотря на то, что через каждый проводник за время опыта прошел в одном направлении заряд, измеряемый миллионами кулонов, никаких заметных следов взаимного проникновения металлов друг в друга, за исключением следов, обусловленных обычной диффузией, не было обнаружено. Рикке пришел к выводу, что носителями заряда в металлах являются частицы, во первых свободные, не связанные с атомами вещества, во-вторых, одинаковые для всех металлов. П. Друде и Г. Лоренц выдвинули предположение, что носителями заряда в металлах являются электроны. Л.И. Мандельштамом и Н.Д. Папалекси (Россия, 1913г.), Р. Толменом и Стюартом (США, 1916г.) были поставлены опыты целью которых, являлось проверить предположение Друде и Лоренца. Если ток в металлах создается свободными частицами, то должны наблюдаться электро-инерционные эффекты: при резком торможении проводника эти частицы не смогут остановиться столь же быстро, как и сам проводник и будут еще некоторое время двигаться. Количественных измерений Мандельштам и Папалекси в своих опытах не производили. Они приводили в быстрые колебания катушку, замкнутую на неподвижную телефонную трубку. В опытах Толмена и Стюарта телефон был заменен баллистическим гальванометром (баллистический гальванометр позволяет измерить заряд, прошедший по цепи). Катушка приводилась в быстрое вращение (линейная скорость витков достигала сотен метров в секунду), после чего быстро тормозилась. По отбросу подвижной системы гальванометра определялся заряд, прошедший через прибор. Измерения Толмена и Стюарта дали для удельного заряда носителей тока в металлах значение:

Список используемой литературы

1) Занимательные опыты. Электричество и магнетизм: М. Ди Специо — Москва, АСТ, Астрель, Харвест, 2008 г.- 160 с.

2) Курс общей физики. Книга 2. Электричество и магнетизм: И. В. Савельев — Санкт-Петербург, АСТ, Астрель, 2003 г.- 336 с.

3) Металлы и электричество: А. Е. Гершберг — Санкт-Петербург, Левша, 2004 г.- 88 с.

4) Элементарный учебник физики. В 3 томах. Том 2. Электричество. Магнетизм: Под редакцией Г. С. Ландсберга — Санкт-Петербург, ФИЗМАТЛИТ, 2006 г.- 480 с.

5) Телеснин Р. В Яковлев В.Ф. Электричество. В 2 Т - M.: Высшая школа, 1973. – 327 с.

6) Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. – М.: Высшая школа, 1991. – 432 с.

7) Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. – М.: Высшая школа, 1983. – 265 с.