Основные положения электронной теории проводимости металлов. Электрический ток в электролитах.

Тема занятия:  Основные положения электронной теории проводимости металлов.  Электрический ток в электролитах. Вид занятия ­  смешанный. Тип занятия комбинированный. Учебные цели занятия:   сформировать у учащихся представление об электронной  проводимости металлов; рассмотреть опыты Мандельштама и Папалекси;  сформулировать закон Ома в свете электронной теории проводимости металлов.  Задачи занятия:  Образовательная: Установить различия в условиях существования электрического тока в твердых,  жидких, газообразных телах. Сформировать понятие о природе электрического тока в  металлах. Развивающие. Развивать умение наблюдать, формировать представление о процессе  научного познания. Воспитательная. Развивать познавательный интерес к предмету, вырабатывать умение  слушать и быть услышанным. Планируемые   образовательные   результаты:   способствовать   усилению практической   направленности   в   обучении   физики,   формировании   умений применять полученные знания в различных ситуациях. Личностные:  способствовать эмоциональному восприятию физических объектов,  умению  слушать, ясно и точно излагать свои мысли, развивать  инициативу  и  активность  при решении физических задач, формировать умение  работать в группах. Метапредметные:  развивать умение понимать и использовать средства наглядности  (чертежи, модели, схемы). Развитие понимания сущности алгоритмических  предписаний и умений действовать в соответствии с предлагаемым алгоритмом. Предметные:  овладеть физическим языком, умением распознавать соединения  параллельные и последовательные, умение ориентироваться в электрической схеме,  собирать схемы. Умение обобщать и делать выводы. Ход занятия: 1. Организация начала урока (отметка отсутствующих, проверка готовности студентов к уроку, ответы на вопросы студентов по домашнему заданию) – 2­5 мин. Преподаватель сообщает учащимся тему урока, формулирует цели урока и знакомит  учащихся с планом урока. Учащиеся записывают тему урока в тетради. Преподаватель  создает условия для мотивации учебной деятельности. Освоение нового материала: Электрический ток в различных средах.  Электрический ток в металлах ­ это упорядоченное движение электронов электрический ток в растворах (расплавах) электролитов ­ это направленное  перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях электрический ток в газах ­ это упорядоченное движение ионов и электронов под  действием электрического поля. — тело, в котором имеются свободные носители заряда, то есть  электрический ток в вакууме может быть создан упорядоченным  движением любых  заряженных частиц (электронов, ионов). Проводники, диэлектрики, полупроводники, электролиты. Проводн кии заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться внутри этого тела. Диэлектрик (изолятор) — вещество, практически не проводящее электрический ток.  Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3.  Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем  электрическом поле. С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик —  вещество с ширинойзапрещённой зоны больше 3 эВ. Полупроводн кии промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличается  от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации  примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным  свойством полупроводника является увеличение электрической проводимости с  ростом температуры Электрол тии  — вещество, расплав или раствор которого проводит электрический  ток вследствие диссоциации на ионы, однако само вещество электрический ток не  проводит. Примерами электролитов могут служить  растворы кислот, солей и оснований. Электролиты — проводники второго рода,  вещества, которые в растворе (или расплаве) состоят полностью или частично из ионов  и обладающие вследствие этого ионной проводимостью. Природа электрического тока в металлах.   — материал, который по своей удельной проводимости занимает  Природа электрического тока в металлах. Металлы   обладают   электронной   проводимостью.   Экспериментальные доказательства: Опыт К. Рикке: пропускал ток в сотни ампер в течение длительного вре­ мени. Ожидал: в алюминии появится медь. Результат: отрицательный, т. е. ток не является направленным движением ионов. Опыт Стюарта­Толмена: 1913 r. — Мандельштам — Папалекси предложили, 1916 г. — Стюарт — Толмен  осуществили экспериментально. Длина l провода=500 м (в катушке). Катушка вращалась с v =500 м/с: при рез­ ком   торможении   свободные   частицы   двигались   по   инерции.   По отклонению   стрелки   гальванометра   определяли   удельный   заряд,   по направлению отклонения  ­ знак заряда. Электронная теория металлов (П. Друде, Г.А.Лоренц) 1. Свободные электроны в металлах ведут .себя как молекулы идеального газа. но  vэл>> vтепл. 2. Движение свободных электронов в металлах подчиняется законам Ньютона. 3. Свободные электроны в процессе хаотичного движения сталкиваются преимущественно с ионами кристаллической решетки. 4. Двигаясь   до   следующего   столкновения   с   ионами,   электроны ускоряются   электрическим   полем   и   приобретают   кинетическую энергию Ек. Построить   удовлетворительную   количественную   теорию   движения электронов   в   металле   на   основе   законов   классической   механики невозможно. Но можно примерно объяснить закон Ома. ­   зависимость   удельного   сопротивления   металла   от температуры,   где ­   температурный   коэффициент   сопротивления (табличная   величина).   Полностью   правильно   объяснить   проводимость металлов позволяет только квантовая теория. Сверхпроводимость. Явление открыто Х.Камерлинг­Оннесом (Голландия) в 1911 г. на ртути и заключается   в   том,   что   при   сверхнизких   температурах   сопротивление проводника   может   скачком   падать   до   0.   Т.е.   в   таких   проводниках   не расходуется энергия на нагревание. В 1933 г. В.Мейснер открыл явление, состоящее   в   том,   что   внешнее   магнитное   поле   не   проникает   в   глубь сверхпроводника, если величина магнитного поля меньше критического значения     В   настоящее   время   открыты предсказанные   В.Гинзбургом   высокотемпературные   сверхпроводники (температуры выше температуры жидкого азота). (эффект Мейснера). Основные положения классической теории электронной проводимости.  1). Носителями тока в металлах являются электроны, движение которых подчиняется  законом классической механики. 2). Поведение электронов подобно поведению молекул идеального газа (электронный  газ). 3). При движении электронов в кристаллической решетке можно не учитывать  столкновения электронов друг с другом. 4). При упругом столкновении электронов с ионами электроны полностью передают им  накопленную в электрическом поле энергию. Скорость упорядоченного движения электронов в металле.  Домашнее задание:  Сообщение по теме: «Опыты, подтверждающие электронную  проводимость металлов» Металлургический комплекс. Черная металлургия.  Производство чугуна и стали. Влияние производства на здоровье человека"