Электрический ток в металлах. Сопротивление металлического проводника. Удельное сопротивление.

Металлы состоят из положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки и совокупности свободных электронов. Вне электрического поля свободные электроны движутся хаотически, подобно молекулам идеального газа, а потому рассматриваются в классической электронной теории какэлектронный газ.

Под действием внешнего электрического поля меняется характер движения свободных электронов внутри металла. Электроны, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля.

Следовательно,электрический ток в металлах - это упорядоченное движение электронов.

Сила тока в металлическом проводнике определяется по формуле:

гдеI- сила тока в проводнике, e - модуль заряда электрона, n₀ - концентрация электронов проводимости, - средняя скорость упорядоченного движения электронов, S - площадь поперечного сечения проводника.

Плотность тока проводимости численно равна заряду, проходящему за 1с через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению тока.

гдеj - плотность тока.

У большинства металлов практически каждый атом ионизирован. А так как концентрация электронов проводимости одновалентного металла равна

где N_a- постоянная Авогадро, A -атомная масса металла,ρ- плотность металла,

то получаем что концентрация определяется в пределах 10²⁸ - 10²⁹ м^-3.

Закон Ома для однородного участка цепи:

где U- напряжение на участке, R - сопротивление участка.

Для однородного участка цепи:

где ρ_У- удельное сопротивление проводника, l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения проводника.

Удельное сопротивление проводника зависит от температуры и эта зависимость выражается соотношением:

ρ_у = ρ_оу ( 1 + α ∆Т )

гдеρ_оу - удельное сопротивление металлического проводника при температуре Т =273К, α - термический коэффициент сопротивления, ∆Т = Т - Т_о - изменение температуры.