Элементарная классическая теория электропроводности металлов.

Примечание. Г. Кирхгоф (1824—1887) — немецкий физик.

Определение 1.

Рассмотрим контур, состоящий из трех участков на рисунке слева.

Направление обхода по часовой стрелке примем за положительное (отметим, что выбор этого направления совершенно произволен!).

Все токи, совпадающие по направлению с напра­влением обхода контура, считаются положительными, не совпадающие с направлением обхода — отрицательными.

Источники тока считаются положительными, если они создают ток, направленный в сторону обхода контура. Применяя к участкам закон Ома, можно записать:

Складывая почленно эти уравнения, получим, что

Полученное уравнение выражает второе правило Кирхгофа.

Второе правило Кирхгофа, формулировка.

Элементарная классическая теория электропроводности металлов.

Носителями тока в металлах являются свободные электроны, т. е. электроны, слабо связанные с ионами кристаллической решетки металла. Это представление о природе носителей тока в металлах основывается на электронной теории проводимости метал­лов, созданной немецким физиком П.Друде (1863—1906) и разработанной впоследст­вии нидерландским физиком X.Лоренцем, а также на ряде классических опытов, подтверждающих положения электронной теории.

Существование свободных электронов в металлах можно объяснить следующим образом: при образовании кристаллической решетки металла (в результате сближения изолированных атомов) валентные электроны, сравнительно слабо связанные с атом­ными ядрами, отрываются от атомов металла, становятся «свободными» и могут перемещаться по всему объему. Таким образом, в узлах кристаллической решетки располагаются ионы металла, а между ними хаотически движутся свободные электро­ны, образуя своеобразный электронный газ, обладающий, согласно электронной те­ории металлов, свойствами идеального газа.

При наложении внешнего электрического поля на металлический проводник кроме теплового движения электронов возникает их упорядоченное движение, т. е. возникает электрический ток (плотность – ), причём имеет место практически мгновенная передача электрических сигналов на большие расстояния.

Почему?

Дело в том, что замыкание электрической цепи влечет за собой распространение электрического поля со скоро­стью с (c=3×10⁸м/с). Через время ( — длина цепи) вдоль цепи установится стационарное электрическое поле и в ней начнется упорядоченное движение электро­нов.

Поэтому электрический ток возникает в цепи практически одновременно с ее замыканием.