Явление падения до нуля сопротивления проводника при критической температуре называется сверхпроводимостью

Физика 10 класс

 

І Тема: Электрическая проводимость различных веществ.

   Электронная проводимость металлов.

   Зависимость сопротивления проводника от температуры.         

   Сверхпроводимость.

 

ІІ Образовательные задачи.

Познакомить с опытными фактами, на которых базируются основные положения электронной теории.

Уяснить физический смысл понятия электропроводности. Установить зависимость между основными характеристиками участка электрической цепи, исходя из основных положений классической электронной теории проводимости.

Изучить характер зависимости сопротивления проводника от температуры и познакомить с явлением сверхпроводимости и ее техническим использованием.

 

ІІІ Воспитательные задачи.

Формировать диалектико-материалистическое мировоззрение, формировать интерес к физике, осуществлять политехническое воспитание, расширять кругозор учащихся.

 

ІV Изучение нового материала.

1. Электрический ток проводят твердые, жидкие и газообразные тела. Чем эти проводники отличаются друг от друга?

Мы познакомились с электрическим током в металлических проводниках и с установленной экспериментально вольт-амперной характеристикой этих проводников – законом Ома.

Наряду с металлами хорошими проводниками, т. е. веществами с большим количеством свободных заряженных частиц, являются водные растворы или расплавы электролитов и ионизованный газ – плазма. Эти проводники широко используются в технике.

В вакуумных электронных приборах электрический ток образуют потоки электронов.

2. Начнём с металлических проводников. Вольт-амперная характеристика этих проводников нам известна, но пока ничего не говорилось о её объяснении с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

Носителями свободных зарядов в металлах являются электроны. Их концентрация велика – порядка .

Эти электроны участвуют в беспорядочном тепловом движении. Под действием электрического поля они начинают перемещаться упорядоченно со средней скоростью порядка  м/с.

3. Экспериментальное доказательство существования свободных электронов в металлах. Экспериментальное доказательство того, что проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов, было дано в опытах Мандельштама и Папалекси (1913), Стюарта и Толмена (1916). Схема этих опытов показана в учебнике стр.356 рис.16.1.

4. Анализ движения электронов в металле.

Свободные электроны в металле движутся хаотично. При подключении проводника к источнику тока в нём создаётся электрическое поле и на электроны начинает действовать кулоновская сила . Под действием этой силы электроны начинают двигаться направленно, т. е. на хаотичное движение электронов накладывается направленное движение с ускорением . Скорость направленного движения электронов

, где

 – время свободного пробега от столкновения до столкновения с ионами кристаллической решетки,

U – напряжение на концах проводника,

L – длина проводника.

Сила тока в проводника пропорциональна скорости упорядоченного движения частиц (см. формулу). Поэтому можем сказать, что сила тока пропорциональна разности потенциалов на концах проводника: .

Выражение силы тока через основные характеристики электронного потока и геометрические размеры проводника:

5. Сопротивление и удельное сопротивление проводника с точки зрения классической электронной теории.

Согласно закону Ома сила тока равна

, тогда .

Сопротивление проводника , тогда удельное сопротивление проводника  с точки зрения электронной классической теории зависит от массы электрона, его заряда и вида материала (концентрации и длины свободного пробега).

6. Различные вещества имеют разные удельные сопротивления.

Сопротивление проводника зависит от его температуры, эксперимент показывает линейную зависимость сопротивления от температуры.

Если при температуре, равной C, сопротивление проводника равно , а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления прямо пропорционально изменению температуры t:

.

Отсюда следует, что

.

Коэффициент пропорциональности  называют температурным коэффициентом сопротивления.

Температурный коэффициент сопротивления - величина равная

отношению относительного изменения сопротивления проводника к изменению его температуры.

Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры.

Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 К.

.

7. Сверхпроводимость.

Сопротивление металлов уменьшается с уменьшением температуры. Что произойдёт при стремлении температуры к абсолютному нулю?

В 1911 г. голландский физик Х. Камерлинг-Оннес открыл замечательное явление сверхпроводимость. Он обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии ее сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,1 К очень резко падает до нуля.

Явление падения до нуля сопротивления проводника при критической температуре называется сверхпроводимостью.

Это удивительное явление я изучала на 5 курсе в качестве дипломной работы.

Сверхпроводники находят широкое применение. Однако, температуры перехода в сверхпроводящее состояние остаются до сих пор очень низкими. Надо надеяться, что удастся создать сверхпроводники и при комнатной температуре. Генераторы и электродвигатели станут исключительно компактными (уменьшатся в несколько раз) и экономичными. Электроэнергию можно будет передавать на любые расстояния без потерь, и аккумулировать в простых устройствах.

 

Выучить §108,109, на двойном листе под датой 27.04. дать письменные ответы на 4 вопроса на стр.361.

V Домашнее задание.