Co to jest PRĄD ELEKTRYCZNY W METALACH.

Co to znaczy PRĄD ELEKTRYCZNY W METALACH.: Elektrony walencyjne w metalu nie są powiązane z poszczególnymi atomami, ale poruszają się swobodnie wewnątrz sieci krystalicznej utworzonej poprzez dodatnie jony. Elektrony takie, nazywane elektronami przewodnictwa, tworzą gaz elektronów swobodnych, które w nieobecności pola elektrycznego poruszają się bezładnie, podobnie jak cząsteczki gazu zamkniętego w zbiorniku. Średnia szybkość ruchu termicznego elektronów, w temp. pokojowej, jest rzędu Elektrony zderzają się wciąż z drgającymi rdzeniami jonowymi i z innymi niedoskonałościami sieci krystalicznej, zmieniając nagle szybkość i kierunek ruchu. Przyłożenie pola elektrycznego modyfikuje ruch elektronów w ten sposób, iż są one bez pośpiechu unoszone w kierunku przeciwnym do kierunku pola elektrycznego z małą prędkością unoszenia vd ≅ 10-10v. Na rysunku przedstawiono fragment przewodnika metalowego, do którego przyłożono pole elektryczne o natężeniu E. Ładunek Δq przeniesiony poprzez poprzeczny przekrój przewodnika S jest zawarty w objętości: ΔV = SΔx = SvdΔt Δq = neΔV = evdSΔt gdzie: n - liczba elektronów w jednostce objętości (koncentracja albo stężenie elektronów), e - ładunek elementarny, vd - szybkość unoszenia elektronów, Δt - wzrost czasu. Elektron znajdujący się w polu elektrycznym o natężeniu E porusza się ruchem jednostajnie przyśpieszonym, tracąc jednak cały kupiony pęd w każdym akcie zderzenia. W skutku, w dłuższym przedziale czasu, można uważać, iż ruch elektronów przewodnictwa dzieje się ze stałą prędkością unoszenia proporcjonalną do wartości natężenia pola elektrycznego: vd = μdE Rozmiar przeniesionego ładunku będzie więc równa: Δq = neμdESΔt Natężenie prądu: Wartość gęstości prądu: j = neμdE = σE Ostatni wzór, który można zapisać w formie wektorowej, jest znany jako lokalne prawo Ohma: j = neμdE = σE Rozmiar σ = neμd nazywa się przewodnością właściwą, przewodnictwem elektrycznym, albo konduktywnością materiału. Rozmiar jest elektrycznym oporem właściwym albo rezystywnością. Wzrost temp. przewodnika metalowego skutkuje przyrost amplitudy drgań rdzeni jonowych i powstawanie defektów sieci krystalicznej, co powiększa prawdopodobieństwo zderzeń elektronów i prowadzi do pomniejszenia ruchliwości unoszenia μd. Gdyż koncentracja elektronów prawie nie zależy od temp., opór właściwy przewodnika metalowego rośnie ze wzrostem temp., a zależność ta jest prawie liniowa: gdzie: T0 = 273 K = 0°C, ρ0 - opór właściwy w temp. T0, T - temp. w skali absolutnej. Wzór (**) ma ograniczoną stosowalność, gdyż sporo metali osiąga stan nadprzewodnictwa (ρ = 0; σ ∞) w temperaturach wyższych od temp. absolutnego zera. Średni współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego wyraża się wzorem