Страница:Радио всем 1926 г. №04.djvu/10

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок
Эта страница не была вычитана


таллического проводника; но это „что-то“ не есть какая-то таинственная невесомая жидкость, а это мельчайшие заряды отрицательного электричества—электроны. Поток свободных, несоединенных с материей электронов был впервые наблюдаем в 1859 г. Плюккером в виде так называемых катодных лучей.

В стеклянной трубке, из которой насосом удален воздух и в которую впаяны две металлических пластинки (черт. 2), мчатся через пустоту свободные отрицательные заряды от пластинки, имеющей меньший потенциал, к пластинке с большим потенциалом (при условии, что разность потенциалов между пластинками достаточно велика). Это есть движение отрицательного электричества от низкого потенциала к высокому, что вполне равносильно обратному движению — положительного электричества от высокого потенциала к низшему. Это движение электронов- тоже, конечно, представляет собою электрический ток, но проходящий не через металл, а через пустоту. Аналогичное явление мы имеем в каждой катодной лампочке.

По гипотезе, разработанной Дж. Томсоном, Лоренцом и Друде, между молекулами (частицами) всякого металла находятся мириады свободных электронов. (Чтобы выразить сколько их, примерно, заключается в 1 куб. сайт, металла—надо написать такое число: 1 и за ней 22 нуля (или io33). По мысли авторов этой гипотезы, электроны ведут себя так же, как молекулы, составляющие какой-либо газ, т.-е. они находятся в непрерывном и очень быстром движении, в результате чего они постоянно сталкиваются друг с другом и массивными, по сравнению с электронами, молекулами металла; благодаря столкновениям, электроны отскакивают то в ту, то в другую сторону, и как бы толкутся на одном месте, так что тут не может быть и речи о переносе электричества в какую- нибудь сторону.

Так как эта смелая гипотеза предполагает, что поведение электронов таково же, как поведение молекул газа, то все, что было к этдму времени известно о движении газовых молекул, можно перенести и на движение электронов внутри металла. А так как трудами многих выдающихся физиков вопрос о движениях молекул, составляющих собою какой-либо газ, разработан очень подробно, то, поль- зуясь этой же готовой и вполне точно проверенной теорией, можно высчитать, например, что свободные электроны дви-

и плевав

Черт. 2.

жутся в металле с громадными скоростями — около 100 клм. в секунду при 0°, и что скорость их значительно возрастает, если температура металлического тела повышается. Можно далее подсчитать, что каждый электрон успевает при этом, в среднем, пробежать до столкновения с другим таким же беспокойным электроном или с массивной молекулой лишь совсем незначительный путь- всего только

около

1

1007000

мм.

Все эти сведения теория дает для того случая, когда металл находится вне каких-либо электрических воздействий. Теперь вообразите, что концы металлического предмета находятся при различных потенциалах; мы знаем уже. что должно быть в результате этого. Если бы в металле были положительные заряды, то они стали бы отгоняться от большего потенциала к меньшему. Но отрицательные электроны под действием появившейся электродвижущей силы начнут двигаться противоположно— в сторону большего потенциала, не прекращая при этом своей безудержной пляски. Как-будто легкий ветерок дует сквозь металл и сдувает всю беспорядочно толкущуюся кучу электронов к концу, где потенциал выше. Добавочная скорость, которая при этом приобретается электронами, очень мала по сравнению с обычной скоростью их беспорядочных движений (около 1 м. в сек.), нс все же этим

Георг Ом

немец, сын слесаря (1787—1854). Установил основной закон электрического тока.

уже создается перенос электрических зарядов, т.-е. то, что мы именуем то ко м.

Если опять воспользоваться теми же формулами, какие применяются в теории газов, помня, что дзижения электронов внутри металла таковы же, как движения газовых молекул, то можно подсчитать, каково должно быть количество, электричества, переносимого за секунду. Оказывается, что, рассуждая таким образом, мы приходим к такой же формуле, какою выражается закон ома. Установленный задолго перед тем опытным путем закон оказывается .возможным вывести теоретически, если только признать правильность предположений относительно механизма прохождения тска через металлы. Это ли не подтверждение сделанной гипотезы?

Но это еще не все. Согласно этой теории сильный ток—это быс тр ое движение электронов в сторону большего потенциала; но при быстрых движениях электроны чаще ударяют по молекулам; из-за этого молекулы начинают чаще и сильнее вздрагивать, раскачиваться и сами начинают проделывать размашистые движения; но движения молекул-это есть теплота. Так происходит превращение электрической энергии (движения электронов) в тепловую (движение мслекул)- известный факт нагревания провода при прохождении по нему тока. При еще более сильном токе и вызываемом им еще большем нагревании, скорость электронов может даже стать настолько большой, что некоторые из них будут выбрасываться из металла наружу. И этот факт тоже хорошо известен: это происходит внутри катодной лампы, где из накаленного металлического волоска выскакивают не удержавшиеся в нем электроны.

Этою же теорией об'ясняется и то известное наблюдение, что при нагревании металла увеличивается его сопротивление прохождению тока: само собой очевидно, что электронам труднее пробираться между молекулами, когда они находятся в состоянии быстрых и размашистых движений, как это имеет место, когда металл нагрет; а чем труднее электронам проходить между молекулами, тем, значит, сопротивление проводника больше.

Наконец, та же электронная теория металлов делает понятным и тот факт, о котором мы уже упоминали—связь между теплспроводностью и электропроводностью. Если один конец металлического стержня нагревается, то у этого конца электроны начинают двигаться быстрее. Их быстрые движения передадутся к следующим, от этих еще далее, а от электронов приобретают движения и молекулы. Понятно, что там, где условия для беспорядочных движений таковы, что электроны оказываются более подвижными, там они легче пробираются между молекулами, т.-е. легче проходит электрический ток,—у такого металла хорошая электропроводность. Но в то же время, если электроны удебоподвижны, то они легче и скорее передадут свои движения электронам и молекулам, значит в таном теле легко передается из края в край теплота—тот же металл должен поэтому быть и хорошим проводником тепла. Чем меньше электронов рассыпано между молекулами тела, тем менее оно способно к передаче электрического тока и, наконец, те сорта веществ, которые вовсе не имеют внутри себя свободных электронов, совсем неспособны проводить электричество: эго—не проводники или диэлектрики.

Итак, эта теория, родившаяся около 25 лет тому назад, завоевала себе прочное место. Она не только об'ясняет многие факты, которые не могли получить истолкования от других теорий, но и дает возможность теоретически вывести те законы, которые были установлены ранее чисто опытным путем. Развитие учения с б электрическом токе—типический пример того пути, каким идет наука. Первоначальные гипотезы об электричестве и его движении были в свое время пелез-ы и нужны, поскольку они помогали собирать и систематизировать опытный материал, до тех пор, пока на смену не язилась другая теория, могущая дать более точное и детальное пояснение всему, что известно об этом явлении. Как видоизменится эта теория в дальнейшем, какие поправки и дополнения войдут в нее, покажет будущее.

8