Номер 1, страница 132 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Глава 2. Электрические явления. Параграф 36. Электрический ток в металлах. Вопросы после параграфа - номер 1, страница 132.

Условие.

1. Какие частицы образуют электрический ток в металлах? Почему именно они?

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

1. Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов. Это обусловлено особенностями строения металлов.

Атомы в металлах образуют кристаллическую решетку. Валентные электроны (электроны на внешней оболочке атома) слабо связаны со своими ядрами. Под действием сил межатомного взаимодействия эти электроны отрываются от своих атомов и становятся общими для всего кристалла, образуя так называемый "электронный газ". Сами атомы, потерявшие электроны, превращаются в положительно заряженные ионы. Эти ионы жестко закреплены в узлах кристаллической решетки и могут совершать лишь небольшие колебания около своих положений равновесия, но не могут свободно перемещаться по объему металла.

Таким образом, в металле есть два типа заряженных частиц: неподвижные положительные ионы и очень подвижные свободные электроны. Когда в металлическом проводнике создается электрическое поле (например, при подключении к источнику тока), именно свободные электроны приходят в упорядоченное движение, создавая электрический ток. Положительные ионы не могут участвовать в создании тока переносом заряда, так как они не могут перемещаться по проводнику.

Ответ: Электрический ток в металлах образуют свободные электроны. Это происходит потому, что в кристаллической решетке металла валентные электроны слабо связаны с атомами, отрываются от них и могут свободно перемещаться по всему объему, в то время как положительные ионы жестко закреплены в узлах решетки и неподвижны.

2. Движение электронов в металле можно рассматривать в двух ситуациях: при отсутствии и при наличии внешнего электрического поля.

При отсутствии электрического поля свободные электроны движутся хаотично, подобно молекулам газа. Они постоянно сталкиваются с ионами кристаллической решетки и друг с другом, многократно меняя направление и скорость своего движения. Это движение называется тепловым. Скорости теплового движения электронов очень велики (порядка $10^5 - 10^6$ м/с при комнатной температуре), но из-за хаотичности в любой момент времени количество электронов, движущихся в одном направлении, в среднем равно количеству электронов, движущихся в противоположном. Поэтому суммарный перенос заряда через любое сечение проводника равен нулю, и электрический ток отсутствует.

При возникновении электрического поля (когда проводник подключают к источнику напряжения), на каждый свободный электрон начинает действовать электрическая сила $ \vec{F} = -e\vec{E} $, где $ -e $ — заряд электрона, а $ \vec{E} $ — напряженность электрического поля. Эта сила направлена против вектора напряженности поля. Под действием этой силы электроны, продолжая свое хаотическое тепловое движение, начинают смещаться в одном определенном направлении. На своем пути они по-прежнему сталкиваются с ионами решетки, теряя накопленную скорость, и снова ускоряются полем. В результате на хаотическое движение накладывается упорядоченное движение — дрейф. Скорость этого дрейфа (дрейфовая скорость $ v_d $) очень мала, обычно она составляет доли миллиметра в секунду (порядка $10^{-4}$ м/с). Таким образом, траектория каждого электрона представляет собой сложную ломаную линию, но с общим смещением против направления электрического поля. Именно это медленное упорядоченное движение (дрейф) всех свободных электронов и является электрическим током в металле.

Ответ: При возникновении электрического тока электроны металла, продолжая свое быстрое хаотическое тепловое движение, приобретают дополнительную небольшую скорость, направленную против электрического поля. В результате их движение становится упорядоченным дрейфом на фоне хаотических перемещений.