Магнитное поле. Недостатки классической электронной теории проводимости металлов

Недостатки классической электронной теории проводимости металлов.

1). Из формулы следует, что сопротивление металлов, то есть величина обратная ей, должна возрастать как , так как , то пропорционально и . Этот вывод электронной теории противоречит опытным данным, согласно которым .

2). Чтобы по формуле получить значение удельной электропроводности, совпадающее с опытными данными, нужно принять намного больше, то есть предположить, что электрон проходит без соударений с ионами решетки сотни межузельных расстояний.

3). Неправильное значение молярной теплоемкости металлов. Согласно кинетической теории, теплоемкость всего металла должна складываться из теплоемкости его кристаллической решетки и теплоемкости его электронного газа и должна быть близка к и превышать теплоемкость диэлектриков в 1,5 раза. В действительности теплоемкость металла мало отличается от теплоемкости диэлектрика и примерно равна , то есть наличие электронной проводимости практически не сказывается на теплоемкости, что непонятно с классической точки зрения. Объяснение этих и других затруднений смогла дать лишь квантовая теория проводимости металлов.

Лекция 8
Магнитное поле.

Изучение этой темы имеет большое значение. Радиотехника, радиоэлектроника, телевидение, ускорители существуют благодаря развитию теории магнитного поля. Электроизмерительные приборы, телефоны, микрофоны работают на основе магнитного действия тока. Большое значение законы магнетизма играют в современной технике и технологии.

Опыт показывает, что подобно тому как в пространстве, окружающем электрический заряд, возникает электростатическое поле, в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле называемое магнитным. Наличие поля обнаруживается по его силовому действию на движущиеся заряды, проводники с током и постоянные магниты.

Все постоянные магниты: полосовые, подковообразные и магнитные стрелки обладают двумя разноименными полюсами – северным и южным. Одноименные полюса отталкиваются, разноименные притягиваются. Постоянные магниты оказывают ориентирующее действие на магнитную стрелку, которая может вращаться вокруг своего центра тяжести.

Исследование поведения магнитных стрелок в различных точках земного шара привели к выводу о существовании магнитного поля Земли. Магнитные полюса Земли не совпадают с ее географическими полюсами. Вблизи северного географического полюса находится южный магнитный полюс, причем угол между осью вращения Земли и линией, соединяющей магнитные полюсы, составляет 11,5 градусов.

Опыты показали, что постоянное магнитное поле не действует на неподвижные электрические заряды. В свою очередь неподвижные электрические заряды не действуют на магнитную стрелку, то есть не создают магнитное поле.

Начало исследований электромагнитных явлений было положено опытом Эрстеда в 1812году. По проводу любой формы пропускался ток. При прохождении тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле. Ток это направленное движение электрических зарядов. Вокруг любого движущегося заряда должно существовать магнитное поле.

Опыты показали, что вокруг любого движущегося заряда помимо электрического поля возникает магнитное поле. Электрическое поле действует как на неподвижные так и на движущиеся заряды. Важнейшая особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды.

	Подобно тому, как для исследования электрического поля мы использовали пробный точечный заряд, для исследования магнитного поля используется пробный контур с током, циркулирующем в плоском контуре малых размеров.
Рис. 1.

Ориентация контура в пространстве характеризуется направлением нормальным к контуру. За положительное направление нормали принимается направление, связанное с током, правилом правого винта (буравчика).

При внесении контура в магнитное поле оно оказывает на него ориентирующее действие. Направление положительной нормали контура в магнитном поле принимается за направление поля в данной точке.

Если контур повернуть так, что направление нормали и поля не совпадают, возникает вращательный момент, стремящийся вернуть контур в равновесное положение. Величина этого момента зависит от угла между нормалью и направлением поля, достигая наибольшей величины при , при .

Вращающий момент зависит как от свойств поля, так и от свойств контура

,

где - вектор магнитной индукции, являющийся силовой характеристикой магнитного поля, - магнитный момент контура. Для плоского контура с током

,

- площадь поверхности контура, - единичный вектор нормали к поверхности контура. Направление совпадает с положительной нормалью к контуру.

На пробные контуры с разным действуют в данной точке поля разные по величине вращательные моменты поля, однако отношение будет для всех контуров одинаковым, и может служить характеристикой магнитного поля. Оно называется магнитной индукцией

.

Магнитная индукция в данной точке однородного поля определяется максимальным вращающим моментом, действующим на контур с магнитным моментом равным единице.

Графически магнитные поля изображают с помощью силовых линий, или линий магнитной индукции (рис.2-5).

Силовыми линиями магнитного поля называются такие линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этой точке поля.

Направление силовых линий определяется по правилу буравчика.

Рис.2.	Рис.3.

Силовые линии магнитного поля замкнуты. Они не начинаются и не кончаются. Линии электростатического поля разомкнуты. Они начинаются на положительных зарядах

Рис.4.	Рис.5.

и кончаются на отрицательных.

Поле, обладающее замкнутыми силовыми линиями, называется вихревым.

Дата добавления: 2014-01-04