19-mavzu. Metall, vakuum va gazlardagi elektr toki.
Reja 1. Turli muhitlarda elektr toki.
2. Elektroliz. Faradey qonunlari.
3. Metallar, yarim o'tkazgichlar va elektrolitlarda elektr o'tkazuvchanlikning haroratga bog'liqligi.
4. Termoelektr hodisalar.
5. O'tao'tkazgichlar haqida.
§1. Turli muhitlarda elektr toki. Metallarni elektr o'tkazuvchanligining elementar klassik nazariyasi. Barcha jismlar elektr o'tkazuvchanligi bo'yicha o'tkazgichlarga, yarimo'tkazgichlarga va dielektriklarga bo'linadi. Elektr energiyani tok manbaidan istemolchiga yetkazish uchun elektr zanjirlar tuziladi. Ko'p hollarda elektr zanjirda metall o'tkazgichlar ishlatiladi.
Zaryadlarning fizik tabiati bo'yicha –elektr tok tashuvchilar, elektr o'tkazuvchanlik quyidagilarga bo'linadi:
- elektron,
- ion,
- aralash.
1897 yilda angliyalik olim Dj. Dj. Tomson tomonidan elektronni ochilishi natijasida, metallarning elektr o'tkazuvchanligini tushuntiruvchi nazariyalar yaratila boshlandi. Birinchi nazariyaning muallifi Paul` Drude – nemis fiziki.
Metallardagi tok tashuvchilar erkin elektronlar, ya'ni, metall kristallik panjaralarning ionlari bilan sust bog'langan erkin elektronlar. Metallardagi tok tashuvchilar haqidagi bu tasavvur metallarning elektron o'tkazuvchanlik nazariyasiga asoslangan.
Metallni quyidagi model` sifatida qarash mumkin:
- erkin elektronlardan iborat bo'lgan ideal gazga tushurilgan ionlarning kristall
panjarasi.
Ko'pchilik metallarda har bir atom ionlashgan, shuning uchun erkin elektronlar kontsentratsiyasi taxminan atomlar kontsentratsiyasi(1023- 1029m-3 )ga teng va deyarli temperaturaga bog'liq emas.
Metallar elektr o'tkazuvchanligining klassik nazariyasini asoslari:
1.Metallarda erkin elektronlar uzluksiz xaotik harakatda bo'ladi. Metallarda elektr toki erkin elektronlarni faqat tartibli harakati hisobiga bo'ladi.
2.Metallarda elektron o'tkazuvchanlik, o'zini kristall panjarani kesib o'tuvchi, o'zgacha bo'lgan elektron gazni tashkil etuvchi ideal gaz sifatida tutadi.
3.To'qnashishlar orasida elektronlar erkin harakat qiladi.
4.Yugurish yo'li, molekulalarni o'zaro to'qnashuvi bilan aniqlanadigan gaz molekulalaridan farqli ravishda, o'tkazuvchanlik elektronlari, o'zaro to'qnashmasdan metall kristallik panjarasini tashkil qiluvchi musbat ionlar bilan to'qnashadi.
5.Kristallik panjarani musbat ionlari bilan o'tkazuvchanlik elektronlarini to'qnashuvi elektron gaz bilan kristallik panjara orasida issiqlik muvozanatini vujudga keltiradi.
Metallarda elektr toki. Metallda elektr maydon o'rnatilganda elektron o'tkazuvchanlikni xaotik issiqlik harakatiga maydon ta'siri ostida o'rtacha tezlik bo'lgan tartiblashgan harakat ustma-ust tushadi. Bu tezlik kattaligini, tok zichligining formulasidan kelib chiqqan holda onson baholash mumkin.
Barcha metallar tokning o'tkazgichi bo'lib, kristallik panjaralarni tugunlarida joylashgan musbat zaryadlangan ionlar va erkin elektronlar mujassamidan iboratdir.
Elektr maydonidan tashqarida erkin elektronlar ideal gaz molekulalari kabi xaotik harakat qiladi, shuning uchun klassik elektron nazariyada elektron gaz sifatida qaraladi.
Tashqi elektr maydon ta'sirida erkin elektronlarni metall ichidagi harakatining xarakteri o'zgaradi. Elektronlar xaotik harakatini davom ettirib, shu bilan birgalikda elektr maydon kuchlarining ta'sir yo'nalishi tomoniga qarab siljiydi.
Demak, metallardagi elektr toki - elektronlarning tartibli harakati ekan. Metall o'tkazgichlardagi tok kuchi quyidagi ifoda orqali aniqlanadi:
,
bu yerda I - o'tkazgichlardagi tok kuchi, e –elektr zaryadining moduli, n0-o'tkazuvchanlik elektronlarining kontsentratsiyasi, -elektronlar tartibli harakatining o'rtacha tezligi, S –o'tkazgich ko'ndalang kesimining yuzasi.
Tok o'tganda metallar qiziydi. Natijada, kristallik panjaralarning ionlari muvozanat holati atrofida katta amplituda bilan tebrana boshlaydi. Buning natijasida, elektronlar oqimi kristallik panjara bilan tez–tez to'qnashib turadi va ularning harakatiga qarshilik ortib boradi. Temperatura ortishi bilan o'tkazgichning qarshiligi ortib boradi.
O'tkazgichning solishtirma qarshiligi temperaturaga bog'liq bo'lib, quyidagi ifoda bilan anqlanadi:
