Металдаы, вакуумдаы жне газдаы электр тогы.

Алаш рет жоары длдікпен электронны зарядын 1909 ж. американды физик Р. Милликен анытаан. Электр заряды згерісіні дискреттік сипатын Милликен тжірибе жзінде анытап, элемен-тар зарядты бар екендігін растады. Пульверизаторды кмегімен майды са тамшылары горизонталь орналасан конденсатор пластиналарыны арасындаы кеістікке шашыратылады.

Конденсатордаы кернеуді табасы мен шамасын реттеу арылы шашырау кезінде электрленген тамшыларды озалмайтындай етіп стап труа болады.

Тепе–тедік кйді орныталу шарты

4 r 3 ( -

3 0

)g = q U ,

мндаы - майды тыыздыы,

r - тамшыны радиусы.

0 - ауа тыыздыы, q - тамшыны заряды,

Тжірибеде алдымен тамшыны шашыраан кезде иеленетін заряды аныталан. Одан кейін конденсатордаы ауаны рентген сулелеріні серімен иондаан. Иондар тамшыны бетіне онандытан, оны заряды згереді де q1 , q2 ... мнге ие болады.

Заряд згерісіні мндерін лшеген кезде олар немі электрон зарядына те

e =1,6010-19 Кл шамаа бтін еселі болып шыты.

Металдардаы ток тасушылар еркін электрондар болып табылады. 1913 жылы орыс физиктері С.Л. Мандельштам жне Н.Д. Папалексиді сынылан идеясы бойынша жргізілген электрондар инерциясымен байланысты тжірибелерде металдардаы токты табиаты электронды екені бден длелденді. Американды физик Р. Толмен жне шотланды физик Б. Стюарт з тжірибелерінде санды нтижелерді алды. Тжірибелер келесі тсініктерге негізделген. Егер металда зарядталан жылжымалы блшектер бар болса, онда металл ткізгішті кенет тотатан кезде олар біраз уаыт инерция бойынша озалады. Соны нтижесінде ткізгіште электр тогы пайда болады. Осы токты баыты арылы ток тасушысыны табасын анытауа болады, ал ткізгішті кедергісі мен лшемдерін біле тра жне тізбек арылы ткен

зарядты лшеп, тасушыларды

e меншікті зарядын есептеуге болады.

Тжірибелерде металдардаы ток тасушыларыны теріс заряда ие екенін, ал

оларды меншікті зарядыны мні электронны аныталды.

e -не те жаын екені

Еркін электрондар туралы тсініктерге сйене отырып, неміс физигі П.

Друде металдарды классикалы электронды теориясын рды, кейін оны голланд физигі Х. Лоренц жетілдірді. Бл теория ткізгіштік электрондарыны тртібі идеал газ молекулаларыны тртібіне сас деген болжама негізделген. здеріні озалысы кезінде ткізгіштік электрондары кристалл торыны тйіндерінде орналасан иондармен сотыысады, нтижесінде электронды газ бен торды арасында термодинамикалы тепе-тедік орныталады.

Классикалы электронды теорияны кмегімен металдардаы электр кедергісіні пайда болуын, Ом жне Джоуль-Ленц задарын жасы тсіндіруге болады.

Ом заыны дифференциалды трі:

j = E =

E ,

мндаы - затты меншікті ткізгіштігідеп аталатын оны меншікті кедергісі -а кері шама.

Джоуль-Ленц заыны дифференциалды трі:

Qмен

= E 2,

мндаы

Qмен

- ткізгішті клем бірлігіндегі бірлік уаыт ішінде блінетін

жылу млшері деп аныталатын меншікті жылу уаты.

Друде теориясына сйкес, электр рісіні

F = eE

кші серінен электрон

зіні еркін жру уаыты бойы біралыпты демелі озалыста болады. Еркін жруді соында электронны иеленетін максималды жылдамдыы

vmax =

мндаы - тор иондары мен электронны кезек сотыысуыны арасындаы орташа уаыт.

Электрондарды баытталан озалысыны (дрейфті) орташа жылдамдыы

v = vmax = .

2 2m

Сонда металл ткізгіштегі ток тыыздыы ріс кернеулігіне пропорционал болады (Ом заыны дифференциалды трі):

j =ne v = E .

j мен E арасындаы пропорционалды коэффициент затты меншікті ткізгіштігіні зі болып табылады

= .

Еркін жруді соында электронны иемденетін энергиясы

mv 2

W = max =

к 2

E 2 .

Бл энергия ионмен сотыысу кезінде толыымен тора беріледі де, металды ішкі энергиясыны лаюына, яни оны кызуына келеді. р электрон бірлік

уаыт ішінде

1 сотыысуа шалдыады. Сондытан, тора бірлік уаыт

ішінде ткізгішті клем бірлігінде берілетін энергия

меншікті жылу уатына те.

Qмен = E

Qмен

жне E арасындаы пропорционалды коэффициент затты

меншікті ткізгіштігі болып табылады. Демек, соы рнек Джоуль-Ленц заыны дифференциалды трін анытайды.

Металдар ткізгіштігіні классикалы электронды теориясыны сзсіз жетістіктеріне арамастан, оны бір атар елеулі кемшіліктері де бар, олар теорияны кейбір орытындыларыны тжірибелерде алынан нтижелермен келіспеушілігінде айындалады.

Металдарды электр ткізгіштігіні классикалы электронды теориясыны жарамсыздыыны е айрыша лгісі ретінде асын ткізгіштік былысы мен металдарды жылу сыйымдылыыны теориясын келтіруге болады.

Классикалы электронды теорияа сйкес электр кедергісі ткізгіштік электрондарыны кристалл торыны иондарымен сотыысуыны нтижесінде пайда болады. Бл трыдан аланда кейбір металдарды жне осылыстарды асын ткізгіштік кйдегі электр кедергісіні млдем болмауын тсіндіру ммкін емес.

Металды жылу сыйымдылыы оны кристалл торыны жылу сыйымдылыы мен электронды газды жылу сыйымдылыынан трады.

Классикалы электронды теорияа сйкес бір атомды электронды газды

мольдік жылу сыйымдылыы

3 R -а те. Бл жадайда

Cмет

= Cтор + Сэл = 3R +

R = 4,5R .

Біра, барлы химиялы арапайым атты денелерді , оны ішінде

металдарды да, мольдік жылу сыйымдылыы бірдей жне 3R -а те екені

тжірибеден белгілі. Яни, металдар ткізгіштігіні электронды теориясыны орытындыларына айшы, электронды газды жылу сыйымдылыы болмайды.

Теорияны тжірибеге келетін осы жне де кейбір баса айшылытары бгінгі кні ткізгіштікті квантты теориясы кмегімен стті шешілген.

Еркін электрондар алыпты жадайдаы температурада металды тастап кете алмайды. Бан екі фактор кедергі болады:

1. Егер, электрон андай да бір себептен металды тастап шыса, онда оны ішінде арты о заряд пайда болады, ол з кезегінде электронды айтадан металды ішіне арай тартып алады.

2. Жеке электрондар металды тастап шыанда, одан шамамен атомды лшемдегі ашытытара алыстайды да, металды бетінде «электронды блтты» тудырады. Осы блт торды о иондарыны сырты абатымен бірігіп еркін электрондарды металдан шыуына кедергі жасайтын ос электр абатын тзейді.

Электронды металдан вакуума шыару шін ажетті жмысты электронны металдан шыу жмысыдеп атайды:

A = eD ,

мндаы D - ос электр абатындаы потенциалды беттік секіруі. Шыу

жмысын электронвольтпенлшейді (эВ): 1эВ=1,610-19 Кл 1В=1,610-19Дж.

ртрлі металдарды шыу жмысы ртрлі болады (цезий шін A =1,81 эВ, платина шін A =6,27 эВ).

алыпты жадайда газ бейтарап молекулалардан (немесе атомдардан) ралады, сондытан ол изолятор болып табылады. Газды молекулаларыны кейбір блігі иондаланда, яни олар ион мен еркін электрондара ыдыраан жадайда, ана газ арылы электр тогы те алады. Бл шін газ андай да бір иондаышты серіне шалдыу ажет. Газды ртрлі иондаыштарды сері арылы иондауа болады: те кшті ыздыру, ыса толынды электромагниттік суле шыару (ультраклгін, рентген жне гамма-сулелері), электрондар, протондар, - блшектер аыны. Молекуладан (атомнан) бір электронды аып шыару шін иондау энергиясыдеп аталатын белгілі бір энергияны жмсау ажет. Иондау энергиясыны мндері ртрлі газдар шін 4÷25 эВ аралыында орналасады. Иондалан газда о иондар жне электрондармен атар сондай-а, электрондарды бейтарап молекулалара осылуыны нтижесінде пайда болатын теріс иондар да болады. Газды иондалу процесімен рдайым бірге оан кері процесс – рекомбинацияда жреді.