Металдардағы тоқтың табиғаты

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 5 бет
Таңдаулыға:

Металдардағы тоқтың табиғаты

Металдардағы электр тогы дегеніміз еркін электрондардың бірыңғай реттелген қозғалысы, яғни кристалл торындағы йондармен байланыспаған эдектрондардың қозғалысы. Бұл қорытынды көптеген тәжірибелердің нәтижесінде электрондық теорияға айналды. Сондай тәжірибелердің біріне 1901 жылы неміс физигі Рикке (1845-1915) жасаған тәжірибені айтуға болады. Тәжірибенің мазмұны мынадай: жиектері мұқият тегістеліп өңделген (Cu+Al+Cu) радиустары бірдей үш цилиндр өзара қосылған.

Цилиндрлердің салмақтары өлшеніп алынған. Сонан кейін осындай өткізгіштер арқылы бір жыл бойы үздіксіз электр тоғы жүргізілген. Сонда осындай уақыт ішінде цилиндрлер арқылы Кл заряд өткені анықталады. Ал цилиндрлер массаларын г дәлдікпен өлшегенде, өткен тоқтың цилиндрдің салмағына ешқандай әсері болмағаны анықталады. Сол сияқты цилиндрдің түйіскен жерлерінде бір металдың екінші металға енбегендігі анықталады. Сөйтіп, тәжірибенің нәтижесі металдардағы зарядтарды тасымалдаушы тордың атомдары емес, металдар құрамына енетін басқа ұсақ бөлшектер, ал ол кейін 1897жылы ағылшын физигі Д. Томсон ашқан электрондар екендігі анықталады.

Енді зарядталмаған жылдамдықпен қозғалатын металл өткізгішті алайық. Сонда металдың кристалдық торын түзетін атомдар мен иондар арасында таңбасы жөнінен иондар таңбасына қарама - қарсы ток тасымалдайтын бөлшектер болады. Егерде өткізгішті кенеттен тоқтатсақ, онда тормен байланысы шамалы зарядтар өзінің инерциясы бойынша алға қарай ұмтылады. Сөйтіп, осындай зарядтардың орын ауыстыруы өткізгіште тоқ тудырады.

Осы тоқтың мәнін сезімтал G гальванометр көрсетеді. Тоқтың бағыты бойынша зарядтың таңбасын және өткізгіштің кедергісі мен мөлшері бойынша сол зарядтың массасына қатынасын есептеуге болады. Осындай идеяны бірінше жүзеге асыратын тәжірибені 1913 жылы совет физиктері С. Л. Мандельштам (1879-1944) және Н. Д. Папалекси (1980-1948) жасады. Осы тәжірибені кейінірек 1916 жылы Америка физиктері жетілдіріп қайта жасап, алғашқы тәжірибелердің дұрыс екенін дәлелдеді. Сым оралған катушка айналысқа келтірілгенде, орамдардың сызықтық жылдамдығы 300м/с болған. Егер катушканы кенеттен тоқтатса, гальванометр тежелу уақыт ішінде тізбектен ағып өткен зарядтарды тіркеген. Сөйтіп, металдардағы тоқты тасушылар электрондар екені эксперимент жүзінде дәлелденді. Металдардағы тоқты өте аз потенциалдар айырмасымен туғызуға болады. Сонда тоқты тасушылар - электрондар металл бойымен іс жүзінде еркін орын ауыстыра алады деп айтуымызға болады. Электрон зарядының оның массасына қатынасы ( ) мына шартпен анықталады: катушканы кенеттен тоқтатқанда оның кинетикалық энергиясының өзгерісі d E _R - ке азаяды:

мұндағы Sl - катушкаға оралған сымның көлемі;

n ₀ - тоқты тасушы зарядтардың бірлік көлемдегі саны; m - зарядтың массасы;

ν - өткізгіштің қозғалыс жылдамдығы.

Кинетикалық энергияның кемуі, екінші жағынан өткізгіштің тоқтың қыздыруынан пайда болған жылу мөлшеріне тең де, ол Джоуль-Ленц заңы бойынша: - dE _R =dQ=J ² Rdt=JRdq=en _c νSRdq шамасына тең.

Мұндағы dq=Jdt; J=en ₀ νS; e - электрон заряды;

S-өткізгіштің көлденең қимасының ауданы. Енді кинетикалық энергия шамасын теңестірсек.

- n ₀ Slm νd ν = en ₀ νSRdq; lmd ν = lRdq.

Бұдан өткізгіштегі зарядтардың өзгерісі dq = Equation. 3

екені шығады. Соңғы өрнекті интегралдасақ (ν- дан 0-ге дейін, себебі өткізгіш кенеттен тоқтатылады) :

Сөйтіп, өткізгішті тоқтатып және тізбектен өтетін зарядты өлшеп, тасушылардың меншікті зарядын табуға болады. Тоқ импульсінің бағыты заряд тасушылардың таңбасын береді. Олай болса

Толмен және Стюарт тәжірибелері қатынасын өлшеуде әр түрлі металдар үшін олардың мына төмендегідей мәндерін көрсетті. Мысалы, Cu -1, 6*10 ¹¹ Кл/кг, Al -1, 54*10 ¹¹ Кл/кг, Ag -1, 49*10 ¹¹ Кл/кг, ал электрондар ағыны электр және магнит өрістерінде өтетін болса, онда Кл/кг.

Сонымен, металл өткізгіштердегі электр тоғы дегеніміз электр өрісінің әсерінен электрондардың бірыңғай бағытталған орын алмастыруы екен.

Термоэлектрондық эмиссия құбылысы

Жоғары температурада металдардың өз бойынан едәуір мөлшерде электрондарды бөліп шығару құбылысын термоэлектрондық эмиссия құбылысы деп атайды. Осы құбылыстың механизмін былайша түсінуге болады: электрондардың энергия бойынша таралуы салдарынан, металл шекарасында болатын потенциалдық тосқауылдарды жеңуге жетерліктей біраз электрондар болады. Температура артқан кезде осындай электрондардың мөлшері кенеттен артады, сөйтіп олардың шығу жұмысының шамасынан әлдеқайда артық болғандықтан, осы кезде термоэлектрондық эмиссия құбылысының еселік артқандығын байқаймыз.

Егер қызған металдан бөлініп шыққан электрондарды сыртқы электр өрісімен үдетсек, онда тоқ пайда болады. Осындай электрондық тоқты вакуумда шығарып алуға болады. Электрондық тоқтың күшіне қарап, қызған металдан шығатын электрондар саны туралы қорытынды жасауға болады.

Әдетте термоэлектрондық эмиссия құбылысын қарапайым екі электродты шам (диод) арқылы зерттеуге болады,

Сонда анодтық тоқтың (J-U) анодтық кернеуге тәуелділігін суретте кескінделген сызықтармен көрсетуге болады. Осындай қисық вольт-амперлік сипаттама деп аталады. Осы анодтық тоқтың анодтық кернеуге тәуелділігін орыс физигі С. А. Богуславский (1883-1923) және американ физигі И. Ленгмюр (1881-1957) мына формула арқылы өрнектеді:

мұндағы С - пропорционалдық коэффициент электродтардың (катод пен анодтың) формасы мен мөлшеріне, сол сияқты олардың өзара орналасуына тәуелді. Кейде бұл заңдылықты екіден үш заңы деп те атайды.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.