Опыт Стюарта и Толмена
Прямое доказательство того, что носителями заряда являются электроны – опыт Стюарта и Толмена (Калифорнийский университет, 1917 г.).
 |
Идея эксперимнета: если электроны в металле свободны, то их инерция помешает им свободно следовать за движением решетки, если она будет двигаться ускоренно. Т.е. если потрясти металл, электроны будут отставать, появится относительное движение электронов и решетки-ток. В эксперименте вращали медное кольцо и резко тормозили.
РИС.18-1
(торможение).
Сила, тормозящая электрон:
.
Торможение заряженной частицы эквивалентно действию электрического поля 
.
По закону Ома:
Полное количество заряда, протекшего через проводник за время торможения:
.
Для различных материалов было найдено:
Cu 
Ag 
Al 
Полученные значения характерны для электронов.
Классическая электронная теория проводимости (т.е. неквантовая)
 |
В отсутствие внешнего магнитного поля (на концах проводника не поддерживается разность потенциалов) электроны движутся хаотически (тока нет).
РИС.18-2
Средние скорости теплового движения:
Þ 
;
Þ
(почти вторая космическая скорость !).
При включении внешнего электрического поля возникает направленное движение электронов против поля (из-за их отрицательного заряда) с организованной, т.е. дрейфовой скоростью 
; 
. Через единицу площади переходит штук электронов в единицу времени (поток):
, что соответствует плотности тока:
.
В поле 
на каждый электрон действует сила 
, и скорость дрейфа 
параллельна силе.
Перед соударением с атомным остатком (или ионом) электрон приобретает скорость
( 
- ускорение, 
- время свободного пробега).
После соударения =0.
Среднее значение дрейфовой скорости:
, где 
- средняя скорость беспорядочного теплового движения.
Подвижность: 
.
Плотность тока: 
; 
- электропроводность.
Если имеется несколько сортов носителей заряда, 
.
Удельное сопротивление: 
Удельное сопротивление:
меди 
,
стекла 
.
Представляет интерес сравнение электро - и теплопроводности электронного газа.
Теплопроводность: 
{для классического электрона (шарик) 
}.
Электропроводность: 
.
- полученный результат отражает установленный опытным путем закон Видемана и Франца, гласящий, что отношение коэффициента теплопроводности 
к удельной электропроводности 
для всех металлов при одинаковой температуре одинаково и не зависит от рода металла.
Если учесть квантовую статистику, то коэффициент будет не 3, а 
(в области температур выше комнатной).
14 Лекция 14
15 Лекция 15
16 Лекция 16
17 Лекция 17
18 Лекция 18
Дата добавления: 2016-02-24; просмотров: 2361;