Razred: 11
Predstavitev za lekcijo
Nazaj naprej
Pozor! Predogledi diapozitivov so samo informativni in morda ne predstavljajo vseh funkcij predstavitve. Če vas zanima to delo, prenesite polno različico.
Cilji lekcije:
Razširite koncept fizične narave električnega toka v kovinah, eksperimentalna potrditev elektronske teorije;
Nadaljujte z oblikovanjem naravoslovnih idej o temi, ki se preučuje
Ustvarite pogoje za oblikovanje kognitivnega interesa in aktivnosti učencev
Oblikovanje veščin;
Oblikovanje komunikativne komunikacije.
Oprema: interaktivni SMART Board Notebook kompleks, lokalno računalniško omrežje, internet.
Učna metoda: kombinirana.
Epigraf lekcije:
Prizadevajte si, da bi vedno globlje razumeli znanost,
Žeja po spoznanju večnega.
Le luč prvega spoznanja ti bo zasijala,
Ugotovili boste: znanje ni meja.
Ferdowsi
(perzijski in tadžikistanski pesnik, 940-1030)
Učni načrt.
I. Organizacijski trenutek
II. Skupinsko delo
III. Razprava o rezultatih, namestitev predstavitve
IV. Odsev
V. Domača naloga
Med poukom
Zdravo družba! Sedi. Danes bo naše delo potekalo v skupinah.
Skupinske naloge:
I. Fizikalna narava nabojev v kovinah.
II. Izkušnje K.Rikkeja.
III. Izkušnje Stewarta, Tolmana. Mandeljštamova izkušnja, Papaleksi.
IV. Drudejeva teorija.
V. Tokovno-napetostne karakteristike kovin. Ohmov zakon.
VI. Odvisnost upora prevodnika od temperature.
VII. Superprevodnost.
1. Električna prevodnost je sposobnost snovi, da prevajajo električni tok pod vplivom zunanjega električnega polja.
Glede na fizikalno naravo nabojev - nosilcev električnega toka delimo električno prevodnost na:
A) elektronski
B) ionski,
B) mešano.
2. Za vsako snov v danih pogojih je značilna določena odvisnost jakosti toka od potencialne razlike.
Glede na specifično odpornost se snovi običajno delijo na:
A) prevodniki (str< 10 -2 Ом*м)
B) dielektriki (p > 10 -8 Ohm*m)
B) polprevodniki (10 -2 Ohm*m> p>10 -8 Ohm*m)
Vendar je ta delitev pogojna, saj se pod vplivom številnih dejavnikov (ogrevanje, obsevanje, nečistoče) upornost snovi in njihove tokovno-napetostne značilnosti spremenijo, včasih pa zelo pomembno.
3. Nosilci prostih nabojev v kovinah so elektroni. Dokazano s klasičnimi poskusi K. Riecke (1901) – nemški fizik; L.I. Mandelstam in N.D. Papaleksi (1913) - naši rojaki; T. Stewart in R. Tolman (1916) - ameriška fizika.
Izkušnje K. Rikkeja
Rikke je zložil tri predhodno stehtane jeklenke (dve bakreni in eno aluminijasto) s poliranimi konci, tako da je bila aluminijasta med bakrenimi. Valje so nato priključili na enosmerni tokokrog: skozenj je eno leto tekel velik tok. V tem času je skozi električne valje prešel električni naboj, enak približno 3,5 milijona C. Sekundarna interakcija valjev, izvedena z do 0,03 mg, je pokazala, da se masa valjev zaradi eksperimenta ni spremenila. Pri pregledu kontaktnih koncev pod mikroskopom je bilo ugotovljeno, da obstajajo le manjši sledovi preboja kovine, ki pa ne presegajo rezultatov običajne difuzije atomov v trdnih snoveh. Eksperimentalni rezultati so pokazali, da ioni ne sodelujejo pri prenosu naboja v kovinah.
L.I. Mandeljštam
N. . Papaleksi
Izkušnje L. I. Mandelstama in N. D. Papaleksija
Ruska znanstvenika L. I. Mandelstam (1879-1949; ustanovitelj šole radiofizikov) in N. D. Papaleksi (1880-1947; največji sovjetski fizik, akademik, predsednik Vsezveznega znanstvenega sveta za radiofiziko in radiotehniko pri Akademiji znanosti ZSSR ) je leta 1913 uprizoril izvirno doživetje. Vzeli so kolobar žice in ga začeli zvijati v različne smeri.
Vrteli se bodo na primer v smeri urinega kazalca, nato se nenadoma ustavijo in nato nazaj.
Razmišljali so nekako takole: če imajo elektroni res maso, potem bi se morali elektroni, ko se tuljava nenadoma ustavi, še nekaj časa premikati po vztrajnosti. Gibanje elektronov po žici je električni tok. Zgodilo se je, kot smo načrtovali. Na konca žice smo priključili telefon in zaslišali zvok. Ker se v telefonu sliši zvok, torej po njem teče tok.
T. Stewart
Izkušnje T. Stewarta in R. Tolmana
Vzemimo tuljavo, ki se lahko vrti okoli svoje osi. Konci tuljave so z drsnimi kontakti povezani z galvanometrom. Če tuljavo, ki se hitro vrti, močno zavremo, se bodo prosti elektroni v žici še naprej gibali po vztrajnosti, zaradi česar mora galvanometer zaznati tokovni impulz.
Drudejeva teorija
Elektroni v kovini se obravnavajo kot elektronski plin, za katerega je mogoče uporabiti kinetično teorijo plinov. Menijo, da so elektroni, tako kot plinski atomi v kinetični teoriji, enake trdne krogle, ki se premikajo v ravnih črtah, dokler ne trčijo drug ob drugega. Predpostavlja se, da je trajanje posameznega trka zanemarljivo in da med molekulami ne delujejo druge sile razen tistih, ki nastanejo v trenutku trka. Ker je elektron negativno nabit delec, mora trdna snov za izpolnjevanje pogoja električne nevtralnosti vsebovati tudi delce drugačne vrste – pozitivno nabite. Drude je predlagal, da kompenzacijski pozitivni naboj pripada veliko težjim delcem (ionom), ki jih je imel za negibne. V Drudejevem času ni bilo jasno, zakaj so v kovini prosti elektroni in pozitivno nabiti ioni ter kaj so ti ioni. Samo kvantna teorija trdnih snovi bi lahko dala odgovore na ta vprašanja. Za mnoge snovi pa lahko preprosto domnevamo, da je elektronski plin sestavljen iz zunanjih valentnih elektronov, ki so šibko vezani na jedro, ki so "osvobojeni" v kovini in se lahko prosto gibljejo po kovini, medtem ko atomska jedra z elektroni notranjih lupin (atomskih jeder) ostanejo nespremenjeni in igrajo vlogo nepremičnih pozitivnih ionov Drudejeve teorije.
Elektrika v kovinah
Vse kovine so prevodniki električnega toka in so sestavljene iz prostorske kristalne mreže, katere vozlišča sovpadajo s središči pozitivnih ionov, prosti elektroni pa se kaotično gibljejo okoli ionov.
Osnovni principi elektronske teorije prevodnosti kovin.
- Kovino lahko opišemo z naslednjim modelom: kristalna mreža ionov je potopljena v idealni elektronski plin, sestavljen iz prostih elektronov. Pri večini kovin je vsak atom ioniziran, zato je koncentracija prostih elektronov približno enaka koncentraciji atomov 10 23 - 10 29 m -3 in je skoraj neodvisna od temperature.
- Prosti elektroni v kovinah so v neprekinjenem kaotičnem gibanju.
- Električni tok v kovini nastane samo zaradi urejenega gibanja prostih elektronov.
- Elektroni, ki trčijo z ioni, ki nihajo na vozliščih kristalne mreže, jim dajejo presežek energije. Zato se prevodniki med prehajanjem toka segrejejo.
Električni tok v kovinah.
Superprevodnost
Pojav, ko se upornost zmanjša na nič pri temperaturi, ki ni absolutna ničla, se imenuje superprevodnost. Materiali, ki izkazujejo sposobnost prehoda v superprevodno stanje pri določenih temperaturah, razen absolutne ničle, se imenujejo superprevodniki.
Prehod toka v superprevodniku poteka brez izgube energije, zato lahko električni tok, ko je vzbujen v superprevodnem obroču, obstaja neomejeno dolgo brez sprememb.
Superprevodni materiali se že uporabljajo v elektromagnetih. Potekajo raziskave, namenjene ustvarjanju superprevodnih daljnovodov.
Uporaba fenomena superprevodnosti v širši praksi bo morda postala resničnost v prihodnjih letih zahvaljujoč odkritju superprevodnosti keramike leta 1986 – spojin lantana, barija, bakra in kisika. Superprevodnost takšne keramike se ohrani do temperatur okoli 100 K.
Bravo fantje! Delo so opravili odlično. Bila je dobra predstavitev. Hvala za lekcijo!
Literatura.
- Gorbušin Š.A. Podporne opombe za študij fizike za srednješolski tečaj. – Izhevsk “Udmurtia”, 1992.
- Lanina I.Ya. Oblikovanje kognitivnih interesov učencev pri pouku fizike: knjiga za učitelje. – M.: Izobraževanje, 1985.
- Pouk fizike v sodobni šoli. Ustvarjalno iskanje učiteljev: Knjiga za učitelje / Comp. E.M. Braverman / Uredil V.G. Razumovsky.- M.: Izobraževanje, 1993
- Digelev F.M. Iz zgodovine fizike in življenja njenih ustvarjalcev: Knjiga za študente, M.: Izobraževanje, 1986.
- Karcev V.L. Pustolovščine velikih enačb - M.: Znanie, 1986. (Življenje čudovitih idej).
1 diapozitiv
Električni tok v kovinah. Belyaeva Tatyana Vasilievna Mestna izobraževalna ustanova "Vysokoyarskaya sosh" regija Tomsk
2 diapozitiv
Slika 1 prikazuje simboli, ki se uporablja v diagramih S katero številko so označeni.... Prečkam žice?. II ključ? III električni zvonec? IV varovalka? V povezava žic? VI porabniki električne energije?
3 diapozitiv
Iz katerih delov je sestavljeno električno vezje, prikazano na sliki? 1.Element, stikalo, svetilka, žice. 2. Baterija elementov, zvonec, stikalo, žice. 3. Baterija elementov, svetilka, stikalo, žice.
4 diapozitiv
Zakaj delovna lučka v prvem krogu ne sveti, ko je ključ zaprt? (Slika 1) Zakaj zvonec v drugem tokokrogu ne zazvoni, ko je tokokrog sklenjen? (slika 2)
5 diapozitiv
Kje naj bo tokovni vir, da ob zaprtju tipke K1 zazvoni zvonec, pri zaprti tipki K2 pa zasveti lučka? (slika 3)
6 diapozitiv
Varnostni ukrepi: Pri delu z električnimi vezji morate upoštevati varnostne predpise. Nesprejemljivo je dotikati se izpostavljenih vodnikov, okvarjenih delov tokokroga in polov vira.
7 diapozitiv
Kako se lahko izognete učinkom električnega toka, če se po nesreči dotaknete električne naprave, ki je pod napetostjo? To zahteva ozemljitev, saj je zemlja prevodnik in zaradi svoje ogromne velikosti zdrži velik naboj. Iz katerih materialov so ozemljitve? Ozemljitev je kovinska. Zakaj so te snovi prednostne, bomo odgovorili po študiju nova tema"Električni tok v kovinah." Zapišite temo lekcije v zvezek.
8 diapozitiv
Kaj se imenuje kovina? Najbolj znano zgodnjo definicijo kovine je sredi 18. stoletja podal M.V. Lomonosov: »Kovina je lahko telo, ki ga je mogoče kovati. Takšnih teles je le šest: zlato, srebro, baker, kositer, železo in svinec.” Dve stoletji in pol kasneje je o kovinah postalo veliko znanega. Več kot 75% vseh elementov tabele D. I. Mendelejeva je kovin in iskanje popolnoma natančne definicije za kovine je skoraj brezupna naloga.
Diapozitiv 9
Spomnimo se, da je struktura kovine kristalna mreža, v vozliščih katere delci izvajajo kaotično nihajno gibanje.
10 diapozitiv
Torej so v kovini prosti elektroni. To je eden od pogojev za obstoj električnega toka. Naštej vse pogoje, potrebne za obstoj električnega toka?
11 diapozitiv
Kako se bodo prosti elektroni gibali v prisotnosti električnega polja? Električni tok teče skozi prevodnik zaradi prisotnosti prostih elektronov v njem, ki so ušli iz atomskih orbit
12 diapozitiv
urejeno gibanje prostih elektronov v kovinah pod vplivom električnega polja imenujemo električni tok v kovinah. Ali menite, da so drugi delci - ioni - izpodrinjeni v kovini?
Diapozitiv 13
Izkušnje, ki jih izvaja Nemec znanstvenik fizik Rikke leta 1901 Vodnike enake prostornine in oblike, dva iz bakra in enega iz aluminija, povežemo zaporedno. Eno leto je v tokokrogu obstajal električni tok, katerega karakteristike se niso spremenile. Med tem procesom je bila intenzivnost difuzijskega pojava, ki se pojavi, ko kovine pridejo v stik, enaka kot takrat, ko v tokokrogu ni bilo električnega toka. Tako so izkušnje potrdile zaključke teorije: električnega toka v tokokrogu ne spremlja prenos snovi, nosilcev električni naboj V kovinah so prosti elektroni.
Opis predstavitve po posameznih diapozitivih:
1 diapozitiv
Opis diapozitiva:
ELEKTRIČNI TOK V KOVINAH Predstavitev je razvila učiteljica CS in PT Karakasheva I.V. Sankt Peterburg 2016
2 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Cilji lekcije: Izobraževalni: seznaniti študente s prevodnostjo kovin in njeno tehnično uporabo; razkrije koncept fizikalne narave električnega toka v kovinah; nadaljevanje oblikovanja naravoslovnih idej o temi, ki se preučuje; ustvariti pogoje za oblikovanje kognitivnega interesa; širiti znanstveno-tehnično obzorje učencev Razvojna: ustvarjati pogoje za razvoj komunikacijskih spretnosti; ustvariti pogoje za razvoj analitičnih sposobnosti študentov, sposobnosti analiziranja, primerjave, primerjave, posploševanja in sklepanja; ustvariti pogoje za razvoj spomina, pozornosti, domišljije Izobraževalni: spodbujati razvoj sposobnosti zagovarjanja svojega stališča; spodbujati razvoj kulture odnosov pri timskem delu
3 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Kaj se imenuje kovina? Najbolj znano zgodnjo definicijo kovine je sredi 18. stoletja podal M.V. Lomonosov: »Kovina je lahko telo, ki ga je mogoče kovati. Takšnih teles je le šest: zlato, srebro, baker, kositer, železo in svinec.” Dve stoletji in pol kasneje je o kovinah postalo veliko znanega. Več kot 75% vseh elementov tabele D. I. Mendelejeva je kovin in iskanje popolnoma natančne definicije za kovine je skoraj brezupna naloga.
4 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Leta 1900 je nemški znanstvenik P. Drude na podlagi hipoteze o obstoju prostih elektronov v kovinah ustvaril elektronsko teorijo prevodnosti kovin. Ta teorija je bila razvita v delih nizozemskega fizika H. Lorentza (1904) in se imenuje klasična elektronska teorija. Podala je preprosto in nazorno razlago večine električnih in toplotnih lastnosti kovin. Paul Drude Karl Ludwig - nemški fizik Hendrik Anton Lorenz - nizozemski fizik Klasična teorija elektronov
5 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Gibanje elektronov je podrejeno zakonom klasične mehanike. Elektroni med seboj ne delujejo. Elektroni medsebojno delujejo samo z ioni kristalne mreže; ta interakcija se zmanjša na trk. V intervalih med trki se elektroni prosto gibljejo. Prevodni elektroni tvorijo "elektronski plin", podoben idealnemu plinu. »Elektronski plin« upošteva zakone idealnega plina. Pri vsakem trku elektron prenese vso akumulirano energijo. Osnovna načela teorije
6 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Kovina ima kristalno mrežo, na vozliščih katere so pozitivni ioni, ki nihajo okoli ravnotežnega položaja, in prosti elektroni, ki se lahko gibljejo po celotnem volumnu prevodnika (elektronski plin, podvržen zakonom idealnega plina) Struktura kovine
7 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Povprečna hitrost toplotnega gibanja elektronov pri sobni temperaturi je približno 105 m/s. Zgradba kovine V kovini se v odsotnosti električnega polja elektroni kaotično gibljejo in trčijo, največkrat z ioni kristalne mreže.
8 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Električni tok v kovinah Pod vplivom električnega polja se začnejo prosti elektroni urejeno premikati med ioni kristalne mreže. Električni tok teče skozi prevodnik zaradi prisotnosti prostih elektronov v njem, ki so ušli iz atomskih orbit
Diapozitiv 9
Opis diapozitiva:
Električni tok v kovinah Električni tok v kovinah je urejeno gibanje elektronov pod vplivom električnega polja. Ko tok teče skozi kovinski prevodnik, ne pride do prenosa snovi, zato kovinski ioni ne sodelujejo pri prenosu električnega naboja. To je bilo potrjeno v poskusih nemškega fizika E. Rickeja leta 1901.
10 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Poskusi E.Rikkeja V teh poskusih je električni tok 0,1 A tekel eno leto skozi tri dobro polirane valje, stisnjene drug ob drugega. Skupni naboj, ki je v tem času prešel skozi valje, je presegel 3,5 MK. Po zaključku je bilo ugotovljeno, da obstajajo le manjše sledi medsebojnega prodiranja kovin, ki ne presegajo rezultatov običajne difuzije atomov v trdnih snoveh. Meritve so pokazale, da je masa posameznega valja ostala nespremenjena. Ker se masi atomov bakra in aluminija med seboj bistveno razlikujeta, bi se morala masa valjev opazno spremeniti, če bi bili nosilci naboja ioni. Zato prosti nosilci naboja v kovinah niso ioni. Ogromen naboj, ki je šel skozi valje, so očitno nosili delci, ki so enaki tako v bakru kot v aluminiju.
11 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Eksperimentalni dokaz obstoja prostih elektronov v kovinah Eksperimentalni dokaz, da tok v kovinah ustvarjajo prosti elektroni, je v poskusih podal L.I. Mandelstam in N. D. Papaleksi (1913, rezultati niso bili objavljeni), pa tudi poskusi T. Stewarta in R. Tolmana (1916). L.I. Mandelstam 1879-1949 N. D. Papaleksi 1880-1947 T. Stewart
12 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Tuljava, povezana s telefonom, se je vrtela okoli svoje osi v različnih smereh in močno upočasnila. Če imajo elektroni res maso, potem bi se morali elektroni, ko se tuljava nenadoma ustavi, še nekaj časa premikati po vztrajnosti. Gibanje elektronov skozi žico je električni tok in telefon bi moral oddati zvok. Ker se v telefonu sliši zvok, torej po njem teče tok. Toda v teh poskusih niso bile opravljene nobene meritve ali kvantitativni izračuni. Izkušnje L. I. Mandelstama in N. D. Papaleksija (1912)
Diapozitiv 13
Opis diapozitiva:
Izkušnje T. Stewarta in R. Tolmana Coil z veliko število zavoje tanke žice so pognali v hitro vrtenje okoli svoje osi. Konci tuljave so bili z gibkimi žicami povezani z občutljivim balističnim galvanometrom. Nezvita tuljava se je močno upočasnila in zaradi vztrajnosti nosilcev naboja je v vezju nastal kratkotrajni tok. Skupni naboj, ki teče skozi tokokrog, je bil izmerjen z odklonom igle galvanometra.
Diapozitiv 14
Opis diapozitiva:
Eksperiment T. Stewarta in R. Tolmana Smer toka je pokazala, da je to posledica gibanja negativno nabitih delcev. Z merjenjem naboja, ki prehaja skozi galvanometer med celotnim obstojem toka v tokokrogu, sta T. Stewart in R. Tolman eksperimentalno določila specifični naboj delcev. Izkazalo se je, da je enakovreden
15 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Volt – amperska karakteristika kovin Električni tok v kovinah Nosilci naboja – elektroni Prevodnost – elektronska Prevodnik po katerem teče tok se segreje. Prevodnik, po katerem teče tok, deluje magnetno na okoliška telesa.
16 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Odvisnost upora prevodnika od temperature Upornost je fizikalna količina, ki označuje sposobnost prevodnika, da se upre vzpostavitvi električnega toka v njem. Specifični upor je upor valjastega vodnika enote dolžine in enote preseka. Pri segrevanju se dimenzije prevodnika malo spremenijo, spremeni pa se predvsem upornost.
Diapozitiv 17
Opis diapozitiva:
Odvisnost upora prevodnika od temperature Specifična upornost prevodnika je odvisna od temperature: kjer je ro upornost pri 0 stopinjah, t je temperatura, α je temperaturni koeficient upora
18 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Odvisnost upora prevodnika od temperature Pri kovinskih vodnikih se s povišanjem temperature upornost poveča, upornost prevodnika se poveča in električni tok v tokokrogu se zmanjša. Upornost prevodnika pri spremembi temperature lahko izračunamo po formuli: R = Ro (1 + α t), kjer je Ro upornost prevodnika pri 0 stopinjah Celzija t temperatura prevodnika α je temperatura koeficient upora
Diapozitiv 19
Opis diapozitiva:
Uporaba toka v kovinah Prenos električne energije od vira do porabnikov V elektromotorjih in generatorjih V grelnih napravah
20 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Protislovja klasične elektronske teorije Klasična elektronska teorija pojasnjuje obstoj električnega upora kovin, Ohmov in Joule-Lenzov zakon. Vendar pa klasična elektronska teorija v številnih vprašanjih vodi do zaključkov, ki so v nasprotju z eksperimentom. Ta teorija ne more pojasniti, zakaj je molarna toplotna kapaciteta kovin, kot tudi molarna toplotna kapaciteta dielektričnih kristalov, enaka 3R, kjer je R univerzalna plinska konstanta (Dulongov in Petitov zakon). Prisotnost prostih elektronov ne vpliva na toplotno kapaciteto kovin. Klasična elektronska teorija tudi ne more pojasniti temperaturne odvisnosti upornosti kovin. Teorija podaja razmerje, medtem ko iz eksperimenta dobimo odvisnost ρ ~ T Vendar največ svetel primer Razlika med teorijo in eksperimentom je superprevodnost.
21 diapozitivov
Opis diapozitiva:
Superprevodnost Po klasični elektronski teoriji bi morala upornost kovin monotono padati z ohlajanjem in ostati končna pri vseh temperaturah. To odvisnost dejansko opazimo eksperimentalno pri relativno visokih temperaturah. Pri temperaturah reda več kelvinov upornost mnogih kovin ni več odvisna od temperature in doseže določeno mejno vrednost. Leta 1911 je nizozemski znanstvenik Geike Kamerling-0nnes odkril, da ko temperatura živega srebra pade na 4,1 K, njegova upornost nenadoma pade na nič. (1853-1926) Geike Kamerling -0nnes, nizozemski znanstvenik
22 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Superprevodnost Pri določeni temperaturi Tcr, različni za različne snovi, se upornost nenadoma zmanjša na nič. Ta pojav imenujemo superprevodnost. Materiali, ki izkazujejo sposobnost prehoda v superprevodno stanje pri določenih temperaturah, razen absolutne ničle, se imenujejo superprevodniki. Odvisnost upornosti ρ od absolutne temperature T pri nizkih temperaturah: a – normalna kovina; b – superprevodnik
Diapozitiv 23
Opis diapozitiva:
Superprevodnost je prejel G. Kamerlingh Onnes Nobelova nagrada iz fizike leta 1913 »za študije lastnosti snovi pri nizkih temperaturah«. Kasneje se je izkazalo, da več kot 25 kemični elementi- kovine pri zelo nizkih temperaturah postanejo superprevodniki. Najnižja temperatura je za volfram - 0,012 K, najvišja za niobij - 9 K. Superprevodnost opazimo ne samo v čistih kovinah, temveč tudi v številnih kemičnih spojinah in zlitinah ter nekaterih polprevodnikih. Poleg tega elementi sami, ki sestavljajo superprevodno spojino, morda niso superprevodniki. Na primer NiBi, Au2Bi, PdTe, PtS in drugi. Hkrati tako "dobri" prevodniki, kot sta baker in srebro, pri nizkih temperaturah ne postanejo superprevodniki.
24 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Superprevodnost Prvo teoretično razlago superprevodnosti sta leta 1935 podala brata Fritz in Heinz London. več splošna teorija sta leta 1950 zgradila L. D. Landau in V. L. Ginzburg. Vendar te teorije niso razkrile podrobnih mehanizmov superprevodnosti. Superprevodnost so na mikroskopski ravni prvič razložili leta 1957 v delu ameriških fizikov Johna Bardeena, Leona Cooperja in Johna Schriefferja. Osrednji element njihove teorije, imenovane teorija BCS, so tako imenovani Cooperjevi pari elektronov. Kasneje je bilo ugotovljeno, da se superprevodniki delijo v dve veliki družini: superprevodniki tipa I (kamor sodi predvsem živo srebro) in superprevodniki tipa II (ki so običajno zlitine različnih kovin). Delo A. A. Abrikosova v petdesetih letih prejšnjega stoletja je imelo pomembno vlogo pri odkritju superprevodnosti tipa II.
25 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Superprevodnost Leta 1962 je angleški fizik Brian Josephson odkril učinek, ki je dobil njegovo ime. Leta 1986 sta Karl Müller in Georg Bednorz odkrila nov tip superprevodniki, imenovani visokotemperaturni superprevodniki. V začetku leta 1987 je bilo dokazano, da spojine lantana, stroncija, bakra in kisika (La-Sr-Cu-O) doživijo skok upora skoraj do ničle pri temperaturi 36 K. V začetku marca 1987 je bil pridobljen superprevodnik prvič pri temperaturah nad vreliščem tekočega dušika (77,4 K): odkrito je bilo, da ima to lastnost spojina itrija, barija, bakra in kisika (Y-Ba-Cu-O).
26 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Superprevodnost Leta 1988 je bila ustvarjena keramična spojina (mešanica talijevega, kalcijevega, barijevega in bakrovega oksida) s kritično temperaturo 125 K. Leta 2003 je bila odkrita keramična spojina Hg-Ba-Ca-Cu-O(F). , za katero je kritična temperatura 138 K. Poleg tega je pri tlaku 400 kbar ista spojina superprevodnik pri temperaturah do 166 K. Leta 2015 je bilo ugotovljeno, nov rekord temperatura, pri kateri se doseže superprevodnost. Za H2S (vodikov sulfid) pri tlaku 100 GPa je bil zabeležen superprevodni prehod pri temperaturi 203 K (-70 °C).
Diapozitiv 27
Opis diapozitiva:
Lastnosti superprevodnikov Ker pri superprevodnosti ni upora, pri prehajanju električnega toka skozi prevodnik ne nastane toplota. Ta lastnost superprevodnikov se pogosto uporablja. Za vsak superprevodnik obstaja kritična vrednost toka, ki jo je mogoče doseči v prevodniku, ne da bi pri tem kršili njegovo superprevodnost. To se zgodi zato, ker se ob prehodu toka okrog prevodnika ustvari magnetno polje. In magnetno polje uniči superprevodno stanje. Zato superprevodnikov ni mogoče uporabiti za ustvarjanje poljubno močnega magnetnega polja. Ko energija prehaja skozi superprevodnik, ni izgube energije. Eno od področij raziskovanja sodobnih fizikov je ustvarjanje superprevodnih materialov pri sobnih temperaturah.
28 diapozitiv
Opis diapozitiva:
Superprevodnost Trenutno je znanih več kot 500 čistih elementov in zlitin, ki izkazujejo lastnost superprevodnosti. Glede na obnašanje v dovolj močnih magnetnih poljih jih delimo na superprevodnike tipa 1 in tipa 2. Superprevodniki tipa I popolnoma izpodrinejo magnetno polje. Superprevodniki tipa 1 vključujejo vse superprevodne elemente razen Nb in V ter nekatere zlitine.
Diapozitiv 29
KAJ JE ELEKTRIČNI TOK V KOVINAH?
Električni tok v kovinah – To je urejeno gibanje elektronov pod vplivom električnega polja. Poskusi kažejo, da pri toku skozi kovinski prevodnik ne pride do prenosa snovi, zato kovinski ioni ne sodelujejo pri prenosu električnega naboja.
NARAVA ELEKTRIČNEGA TOKA V KOVINAH
Električni tok v kovinskih vodnikih ne povzroča nobenih sprememb v teh vodnikih, razen njihovega segrevanja.
Koncentracija prevodnih elektronov v kovini je zelo visoka: po velikosti je enaka številu atomov na prostorninsko enoto kovine. Elektroni v kovinah so v neprekinjenem gibanju. Njihovo naključno gibanje je podobno gibanju molekul idealnega plina. To je dalo razlog za domnevo, da elektroni v kovinah tvorijo neke vrste elektronski plin. Toda hitrost naključnega gibanja elektronov v kovini je veliko večja od hitrosti molekul v plinu.
IZKUŠNJA E. RICKE
Nemški fizik Karl Ricke je izvedel poskus, v katerem so električni tok eno leto spuščali skozi tri drug ob drugega stisnjene brušene valje - bakrenega, aluminijastega in spet bakrenega. Po zaključku je bilo ugotovljeno le manjše sledi medsebojnega prodiranja kovin, ki niso presegle rezultatov običajne difuzije atomov v trdnih snoveh. Meritve, izvedene z visoko stopnjo natančnosti, so pokazale, da je masa vsakega od valjev ostala nespremenjena. Ker se masi atomov bakra in aluminija med seboj bistveno razlikujeta, bi se morala masa valjev opazno spremeniti, če bi bili nosilci naboja ioni. Zato prosti nosilci naboja v kovinah niso ioni. Ogromen naboj, ki je šel skozi valje, so očitno nosili delci, ki so enaki tako v bakru kot v aluminiju. Naravno je domnevati, da tok v kovinah izvajajo prosti elektroni.
Karl Victor Eduard Rikke
IZKUŠNJA L.I. MANDELJŠTAM IN N.D. PAPALEXI
Ruski znanstveniki L. I. Mandelstam in N. D. Papaleksi so leta 1913 izvedli izviren poskus. Tuljava z žico se je začela zvijati v različnih smereh. Zasukali ga bodo v smeri urinega kazalca, nato nenadoma ustavili in nato nazaj. Razmišljali so nekako takole: če imajo elektroni res maso, potem bi se morali elektroni, ko se tuljava nenadoma ustavi, še nekaj časa premikati po vztrajnosti. In tako se je zgodilo. Na konce žice smo priključili telefon in zaslišali zvok, kar je pomenilo, da po njem teče tok.
Mandelstam Leonid Isaakovič
Nikolaj Dmitrijevič Papaleksi (1880-1947)
IZKUŠNJA T. STEWARTA IN R. TOLMANA
Izkušnjo Mandelstama in Papaleksija sta leta 1916 ponovila ameriška znanstvenika Tolman in Stewart.
- Tuljava z velikim številom ovojev tanke žice se je hitro vrtela okoli svoje osi. Konci tuljave so bili z gibkimi žicami povezani z občutljivim balističnim galvanometrom. Nezvita tuljava se je močno upočasnila in zaradi vztrajnosti nosilcev naboja je v vezju nastal kratkotrajni tok. Skupni naboj, ki teče skozi tokokrog, je bil izmerjen z odklonom igle galvanometra.
Butler Stuart Thomas
Richard Chase Tolman
KLASIČNA ELEKTRONSKA TEORIJA
Predpostavka, da so za električni tok v kovinah odgovorni elektroni, je obstajala že pred poskusom Stewarta in Tolmana. Leta 1900 je nemški znanstvenik P. Drude na podlagi hipoteze o obstoju prostih elektronov v kovinah ustvaril svojo elektronsko teorijo prevodnosti kovin, poimenovano po klasična teorija elektronov . Po tej teoriji se elektroni v kovinah obnašajo kot elektronski plin, podobno kot idealen plin. Zapolnjuje prostor med ioni, ki tvorijo kovinsko kristalno mrežo
Slika prikazuje trajektorijo enega od prostih elektronov v kristalni mreži kovine
OSNOVNE DOLOČBE TEORIJE:
- Prisotnost velikega števila elektronov v kovinah prispeva k njihovi dobri prevodnosti.
- Pod vplivom zunanjega električnega polja se urejeno gibanje prekriva z naključnim gibanjem elektronov, tj. nastane tok.
- Moč električnega toka, ki teče skozi kovinski prevodnik, je enaka:
- Ker je notranja struktura različnih snovi različna, bo tudi odpornost različna.
- S povečanjem kaotičnega gibanja delcev snovi se telo segreje, tj. sproščanje toplote. Tu se upošteva Joule-Lenzov zakon:
l = e * n * S * Ū d
SUPERPREVODNOST KOVIN IN ZLITIN
- Nekatere kovine in zlitine imajo superprevodnost, lastnost, da imajo strogo ničelni električni upor, ko dosežejo temperaturo pod določeno vrednostjo (kritična temperatura).
Pojav superprevodnosti je odkril nizozemski fizik H. Kamerling - Ohness leta 1911 za živo srebro (T cr = 4,2 o K).
PODROČJE UPORABE ELEKTRIČNEGA TOKA:
- pridobivanje močnih magnetnih polj
- prenos električne energije od vira do porabnika
- močni elektromagneti s superprevodnimi navitji v generatorjih, elektromotorjih in pospeševalnikih, v grelnih napravah
Trenutno v energetskem sektorju obstaja velik problem, povezana z velikimi izgubami pri prenosu električne energije po žicah.
Možna rešitev problema:
Izgradnja dodatnih daljnovodov - zamenjava žic z večjimi preseki - dvig napetosti - fazna delitev
