Техника
Обьясните наличие электрического сопротивления у проводников, с точки зрения молекулярной теории строения вещества
Вот такая задачка по химии за 8 класс!
Здравствуйте. Проблема сложная между прочим, дело в том, что природа электрического сопротивления - разная у разных проводников.
Поэтому возьмём какой-нибудь 1 класс проводников. К сожалению самые распространённые проводники, металлы, имеют и наиболее сложный механизм электрического сопротивления, плохо понятный без знания основ квантовой механики.
Но попробую, в надежде, что хоть что-то вы об идеях КМ слыхали.
Итак, в металлах много "свободных" носителей заряда, электронов.
При приложении внешнего напряжения в металле возникакет электрическое поле, в котором на каждый электрон начинает действовать сила.
Сами по себе электроны и без поля отнюдь не были неподвижны - хаотически передвигались с приличными скоростями во всех направлениях, так как имеют тепловую энергию. Но теперь их все немного тянет в одну сторону. Запомним это и -
Рассмотри как электрон движется в металле. Поскольку металл имеет кристаллическое строение, то его атомы образуют регулярную решётку, отстоят на равных расстояних и всё такое. Теперь, если электрон движется вдоль ряда атомов, значит его энергия больше, чем нужно для преодоления притягивающих и отталкивающих полей отдельных атомов. И таких электронов в металле полно. поскольку иметь энергию меньше им не позволяет принцип Пацли, запрещающий находится рядом двум электронам с одной энергией. По этой причине летящий вдоль регулярного строя атомов энергии не теряет. Грубо на пальцах можно сказать, что насколько он ускоряется очередным атомом (притяжением его ядра) - настолько же и замедляется при удалении от него. И мог бы так лететь себе бесконечно долго. Так бы было при "абсолютном нуле градусов"
НО атомы тоже колеблются (тепловые колебания) . И электрон, попадая в поле отклонившегося от своей позиции атома, изменят свою энергию и скорость (тормозится, поворачивает - не важно) . Говорят, что он на колебаниях кристаллиеской решётки РАССЕИВАЕТСЯ.
Теперь вернёмся к электрическому току - дрейфу хаотически движущихся электронов во внешнем электрическом поле.
Это поле ускоряет любой электрон в направлении поля (обратном - электрон заряжен отрицательно: -). И скорость его увеличивается. До какой величины? А пока не рассеется на колеблющемся атоме!
А потому чем сильнее колеблются атомы, тем чаще столкновения, и тем меньше скорость успевает в направлении поля набрать электрон до рассеяния. И меньше будет СРЕДНЯЯ скорость
Вот потому, что электроны имеют небольшую среднюю скорость, которую успевают набрать до очередного рассеяния - появляется постоянное сопровтиление - средняя скорость электронов пропорциональна приложенному полю.
И, кстати, потому это сопротивление растёт при увеличении температуры - время до рассеяния меньше - значит меньше скорость при том же поле....
Поэтому возьмём какой-нибудь 1 класс проводников. К сожалению самые распространённые проводники, металлы, имеют и наиболее сложный механизм электрического сопротивления, плохо понятный без знания основ квантовой механики.
Но попробую, в надежде, что хоть что-то вы об идеях КМ слыхали.
Итак, в металлах много "свободных" носителей заряда, электронов.
При приложении внешнего напряжения в металле возникакет электрическое поле, в котором на каждый электрон начинает действовать сила.
Сами по себе электроны и без поля отнюдь не были неподвижны - хаотически передвигались с приличными скоростями во всех направлениях, так как имеют тепловую энергию. Но теперь их все немного тянет в одну сторону. Запомним это и -
Рассмотри как электрон движется в металле. Поскольку металл имеет кристаллическое строение, то его атомы образуют регулярную решётку, отстоят на равных расстояних и всё такое. Теперь, если электрон движется вдоль ряда атомов, значит его энергия больше, чем нужно для преодоления притягивающих и отталкивающих полей отдельных атомов. И таких электронов в металле полно. поскольку иметь энергию меньше им не позволяет принцип Пацли, запрещающий находится рядом двум электронам с одной энергией. По этой причине летящий вдоль регулярного строя атомов энергии не теряет. Грубо на пальцах можно сказать, что насколько он ускоряется очередным атомом (притяжением его ядра) - настолько же и замедляется при удалении от него. И мог бы так лететь себе бесконечно долго. Так бы было при "абсолютном нуле градусов"
НО атомы тоже колеблются (тепловые колебания) . И электрон, попадая в поле отклонившегося от своей позиции атома, изменят свою энергию и скорость (тормозится, поворачивает - не важно) . Говорят, что он на колебаниях кристаллиеской решётки РАССЕИВАЕТСЯ.
Теперь вернёмся к электрическому току - дрейфу хаотически движущихся электронов во внешнем электрическом поле.
Это поле ускоряет любой электрон в направлении поля (обратном - электрон заряжен отрицательно: -). И скорость его увеличивается. До какой величины? А пока не рассеется на колеблющемся атоме!
А потому чем сильнее колеблются атомы, тем чаще столкновения, и тем меньше скорость успевает в направлении поля набрать электрон до рассеяния. И меньше будет СРЕДНЯЯ скорость
Вот потому, что электроны имеют небольшую среднюю скорость, которую успевают набрать до очередного рассеяния - появляется постоянное сопровтиление - средняя скорость электронов пропорциональна приложенному полю.
И, кстати, потому это сопротивление растёт при увеличении температуры - время до рассеяния меньше - значит меньше скорость при том же поле....
Поток электронов в своем движении постоянно натыкается на атомы металла. При этом передает им (атомам) часть своей энергии. Чем чаще электрон стукнется об атомы, тем больше передаст им своей энергии. Таким образом при прохождении электронов через проводник они испытывают сопротивление. От соударения атомы начинают колебаться тем сильнее, чем чаще и сильнее их "стукнет" электрон. Колебание атомов - есть суть их температура. Таким образом объясняется: Чем больше ток через проводник, тем сильней он нагревается.
машины на дороге это молекулы, а ты на машине электрон: молекулы для тебя есть сопротивление-понял.
Похожие вопросы
- Подскажите, с точки зрения астрономических обьектов, все вещества стремятся превратиться в железо?
- каково отличие металлов, полупроводников и диэлектриков с точки зрения зонной теории?
- электрическое сопротивление при увеличении сечения проводника увиличивается или уменьшается?
- Причина падения напряжения на проводнике? Ведь от сопротивления длинного проводника должны изменяться амперы?
- Какое электрическое сопротивление у электроприборов?
- Электрическое сопротивление
- кокое с физической точки зрения применение проводников? то,что проводят электричество-понятно,но надо подробней.
- Электрический ток в проводнике.
- Зависит ли напряжение на зажимах источника электрической энергии от электрического сопротивления внешнего участка цепи?
- Задача с точки зрения физики