17. Закон Ома в интегральной форме. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение.

Закон Ома в интегральной форме

Наряду с удельной электропроводностью, вводят понятие удельного сопротивления.

Сила тока I вдоль проводника не изменяется.

Интеграл в левой части назовем сопротивлением проводника между точками 1 и 2.

– напряжение между точками электрической цепи.

 – закон Ома в интегральной форме.

Разность потенциалов

Разность потенциалов — это скалярная физическая величина, численно равная отношению работы сил поля по перемещению заряда между данными точками поля к этому заряду.

В СИ единицей разности потенциалов является вольт (В).

Электродвижущая сила Напряжение

Силы не эл. стат. происхождения действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними силами. Физическая величина определяемая работой совершаемой сторонними силами при перемещении единичного «+» заряда называется электродвижущей силой. Е=A/Q₀ Напряжением называется физическая величина определяемая работой, совершаемой суммарным полем эл.стат. и сторонних сил при перемещении единичного «+» заряда. U₁₂=₁-₂+E₁₂

18. Затруднения классической теории электропроводности металлов. Границы применимости закона Ома

Затруднения:

1. Согласно классической теории, зависимость удельного сопротивления металлов от температуры в то время, как на опыте в широком интервале температур вблизиТ≈300К для большинства металлов наблюдается зависимость ρ ~ Т.

2. Хорошее количественное совпадение с законом Видемана-Франца оказалось в известной степени случайным. В первоначальном варианте теории Друде не учитывал распределение электронов по скоростям. Позже, когда Лоренц учел это распределение, оказалось, что отношение

,

что значительно хуже согласуется с экспериментом. Согласно же квантовой теории,

.

3. Теория дает неправильное значение теплоемкости металлов. С учетом теплоемкости электронного газа С=9/2R, а на практике С=3R, что примерно соответствует теплоемкости диэлектриков.

4. Наконец, теория оказалась полностью неспособной объяснить открытое в 1911г. Камерлинг-Оннесом (Kamerligh-Onnes H., 1853-1926) явления сверхпроводимости (полного исчезновения сопротивления) металлов при низких температурах, а также существования остаточного сопротивления, в сильной степени зависящего от чистоты металла.

Границы применимости закона Ома:

При некоторых значениях напряженности электрического поля, созданного в газах, перемещающаяся заряженная частица может приобрести такую энергию, которой достаточно для того, чтобы вызвать вторичную ионизацию молекул. Число носителей зарядов при этом возрастает, удельная электропроводность изменяется. Вследствие этого пропорциональность между плотностью тока и напряженностью электрического поля нарушается. Отклонение от пропорциональности наблюдается и при искровом разряде в газах. Оба эти случая означают явное нарушение закона Ома.

Не подчиняется закону Ома и ток в электронных лампах, ток через контакт между двумя полупроводниками или полупроводником и металлом. Катастрофическим нарушением закона Ома является ток в сверхпроводниках: о зависимости силы тока от напряжения в этом случае говорить не приходится. Следовательно, закон Ома не является фундаментальным законом природы.

Но если бы закон Ома выполнялся во всех случаях прохождения тока через вещество, то электроника, построенная на нелинейной зависимости тока от напряжения, перестала бы существовать. А в наше время автоматики и телемеханики вряд ли стоит доказывать значение этих разделов науки для промышленности, транспорта, связи.

Однако для металлов ни при каких условиях не удалось заметить отклонений от пропорциональности между плотностью тока и напряженностью электрического поля. Даже при плотностях тока 10⁹ А/м², что значительно выше обычной плотности в миллион раз, отклонение от закона Ома не будет превышать одного процента.