Что такое свободный электрон

Что такое свободный электрон

В металле, как и во всех твёрдых телах, каждый атом занимает определённое место. Правда, при некоторых условиях атомы твёрдых тел могут покидать свои места, но во всяком случае они долгое время остаются «привязанными» к определённому месту. В зависимости от температуры каждый атом более или менее сильно колеблется около этого места, не удаляясь от него сколько-нибудь далеко. В отличие от других твёрдых тел металлы обладают одной интересной особенностью: в пространстве между атомами металлов движутся свободные электроны, то-есть электроны, не связанные с определёнными атомами.

Откуда берутся такие свободные электроны?

Дело в том, что в атомах не все электроны одинаково прочно удерживаются ядром. В электронных оболочках атомов металлов всегда есть один, два или три электрона, очень слабо связанных с ядром. Поэтому, например, при растворении различных солей входящие в их состав атомы металлов легко отдают эти электроны другим атомам, а сами превращаются в положительные ионы. Отрыв электронов от атомов происходит и в куске любого металла, но все электроны, утерявшие связь с атомами, остаются в самом металле между образовавшимися ионами.

Число свободных электронов в металле огромно. Их примерно столько же, сколько атомов. Тем не менее весь кусок металла остаётся, конечно, незаряженным, так как положительный заряд всех ионов в точности равен отрицательному заряду всех электронов.

Таким образом, строение металла мы может себе представить в таком виде. Атомы металла, потерявшие по 1—2 электрона, стали ионами. Они сравнительно прочно сидят на своих местах и образуют, можно сказать, жёсткий «скелет» куска металла. Между ионами быстро движутся по всем направлениям электроны. Некоторые из электронов при движении тормозятся, другие ускоряются, так что среди них всегда есть и быстрые и медленные.

Движение свободных электронов вполне беспорядочно. Нельзя уловить в нём никаких струек или потоков, никакой согласованности. Свободные электроны движутся в металле приблизительно так, как мечутся мошки в тёплом воздухе летним вечером: в рое каждая из мошек летает сама по себе то быстрее, то медленнее, а весь рой стоит на месте.

Среди беспорядочно движущихся электронов всегда есть такие, которые летят по направлению к поверхности металла. Будут ли они вылетать из металла? Ведь если оставить открытым сосуд с газом, молекулы которого также находятся в беспорядочном движении, как и электроны в металле, то молекулы газа быстро рассеются в воздухе. Однако электроны в обычных условиях не вылетают из металла. Что же их удерживает? Притяжение ионами. Когда электрон поднимается немного над поверхностью металла, над ним уже нет ионов, а внизу, на поверхности, есть. Эти ионы притягивают поднявшийся

Читайте также:  Браслет из бисера 7 букв сканворд

Уроки и эксперименты по электронике.

ЭДС— Указывает на работоспособность зарядов вырабатываемых генератором (источником энергии).

Вспомним из предыдущих уроков (что такое плюс и минус) что, на клеммах (выходах) генератора скапливаются положительные (положительные ионы) и отрицательные (электроны) заряды, так вспомним еще одно свойство зарядов то, что одноименные заряды отталкиваются друг от друга а разноименные притягиваются из этого можно сделать вывод, что чем больше будет одноименных зарядов на клемме генератора тем сложнее туда будет «впихнуть» генератору еще один электрон если это касается минуса и забрать электрон из плюса для создания избытка положительных ионов на клемме.

Обратите внимание на рисунок (рис. 20) на нём изображена «борьба» зарядов на минусе мы видим как генератор пытается «впихнуть» на клемму ещё электронов, а ему не дают это сделать те электроны которые уже там находятся за счет отталкивания одноименных зарядов, а вот на плюсе генератор старается наоборот забрать электроны у атомов, а ему это не дают сделать положительные ионы, так как они притягивают к себе эти электроны и чем больше генератор заберет электронов с плюса тем сложнее ему это будет даваться забирать последующие электроны так как количество положительных ионов увеличится, что в свою очередь увеличит их притяжение к себе электронов.

Чем больше зарядов сможет накопить генератор на клеммах преодолев притяжение и отталкивание тех зарядов которые там находятся тем сильнее будут его заряды, так как электроны с минуса будут более сильно выталкивать электроны в цепь, а положительные ионы на плюсе будут с большей силой тянуть эти электроны к себе.

В общем ЭДС это способность генератора накопить заряды на клеммах соответственно чем больше генератор способен накопить зарядов тем больше у него ЭДС и тем большей энергией будет обладать заряд.

После знакомства с законом Ома, мы еще вернемся к ЭДС и научимся рассчитывать его.

1.Расшифруйте аббревиатуру ЭДС.

2.От чего зависит ЭДС генератора.

От способности генератора накапливать заряды на своих клеммах.

ЭДС измеряется в вольтах, но об этом далее.

Электроны и ионы могут быть в свободном состоянии.

Атом на 99.9% состоит из пустоты, если представить, что ядро атома имеет размер арбуза, то электрон будет размером в горошину вращаться вокруг ядра на расстоянии около одного километра, а вот промежуток между атомами будет измеряться сотнях километров в наших масштабах.(рис 11).А все прочее пустота.

В металлах и других твердых веществах атомы крепко закреплены на своем месте за счет сильной связи атомов между собой, что собственно и делает этот материал твердым (рис12.1).

Читайте также:  Как делать клубничное варенье

В жидкостях и газах межатомная связь слабее за счет этого она текучая и «мягкая» (рис 12.2).Во всех веществах атомы колеблются, при повышении температуры их колебания увеличиваются и за счет этих колебаний атом может потерять электроны которые имеют слабую связь с ядром (опыт с термопарой) и эти свободные электроны отправляются в межатомное пространство в поисках свободного протона.

Вспомним, что если у электрически нейтрального атома, в котором количество электронов равно количеству протонов в ядре отнять некоторое количество электронов, то он станет положительным ионом(рис 6.3) в твердом веществе такой ион будет стоять на месте за счет сильной межатомной связи, а вот в жидкостях и газах где атомы имеют слабую межатомную связь положительно заряженный ион может двигаться в сторону минуса это же относится и к отрицательному иону (атом с лишним электроном на орбите рис. 6.2)так как он имеет отрицательный заряд он будет двигаться к плюсу.(рис 13)

Итак, что мы выясняли:

  • В веществах много свободного пространства.
  • В твердых веществах только один вид зарядов это электрон.
  • В жидкостях и газах могут быть три вида зарядов.
  • Электроны.
  • Положительные ионы.
  • Отрицательные ионы.
  • Узнали о свободных (негде не закрепленных) зарядах которые бороздят межатомное пространство.
  • Контрольные вопросы.

    Где крепче соединены атомы в металле или воде?

    В металле атомы имеют более крепкую межатомную связь, чем в воде.

    Получение — свободный электрон

    Свободные электроны могут быть получены ускорением движения электронов с помощью сильного электрического поля между электродами лампы. Такое получение свободных электронов называется электростатической электронной эмиссией. [16]

    Современный уровень развития физики позволяет в различных областях науки и техники широко применять энергию электронов. Для получения свободных электронов обычно используют термоэлектродные катоды. Электроны катода, нагретого до высокой температуры, приобретают необходимую скорость и, срываясь, излучаются в окружающую среду. [18]

    При электрон но-лучевой сварке энергия быстро движущихся электронов расходуется на плавление металла свариваемых элементов. Для получения свободных электронов обычно используют термоэлектронные катоды. Электроны катода, нагретого до высокой температуры, sa счет так называемой термоэлектронной эмиссии приобретают необходимую скорость и излучаются в окружающую среду. Излучаемые электроны не имеют упорядоченного движения; они приобретают его только под действием электрических и магнитных полей. [19]

    Рентгеновское излучение образуется в электронных оболочках атомов при воздействии на них свободными электронами, имеющими большую скорость. Процесс получения свободных электронов , их ускорение происходят в рентгеновских трубках. Электроны с определенной скоростью, сообщаемой им электрическим полем высокого напряжения, попадают на поверхность анода, где тормозятся и теряют свою скорость, а следовательно, и кинетическую энергию. При этом кинетическая энергия частично превращается в рентгеновское излучение. Для применения рентгеновского излучения с целью контроля качества сварных швов используют рентгеновские аппараты. В общем виде рентгеновский аппарат состоит из рентгеновской трубки в защитном кожухе, высоковольтного генератора и пульта управления. Существуют рентгеновские аппараты двух классов — с постоянной нагрузкой и импульсные. [20]

    Читайте также:  Обвивать ленту вокруг головы

    Благодаря ионизации газотрон имеет ряд преимуществ по сравнению с кенотроном. Анодный ток во много раз сильнее, что объясняется получением добавочных свободных электронов от ионизации и нейтрализацией отрицательного объемного заряда положительными ионами. Внутреннее сопротивление газотрона в нормальном режиме не превышает нескольких десятков или единиц ом. [21]

    Величина работы выхода твердых тел зависит от их структуры и является физической характеристикой тела. Чем меньше у данного проводника работа выхода, тем меньшей должна быть затрата энергии для получения свободных электронов вне этого проводника. [23]

    Электрический разряд в газе, протекающий под воздействием электрического поля после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным газовым разрядом. Для поддержания самостоятельного разряда необходимо, чтобы в газе непрерывно образовывались свободные электроны и ионы под действием электрического поля. Основным источником получения свободных электронов и ионов является ударная ионизация нейтральных атомов и молекул газа. Ударная ионизация осуществляется свободными электронами и ионами под действием электрического поля. Основную роль при этом играют свободные электроны, а не ионы. Электрическое поле сообщает свободным электронам, некоторое количество которых всегда имеется в газе, скорость, достаточную для ударной ионизации. [24]

    Широкое применение электронов связано с тем, что электрон, являясь наименьшей устойчивой заряженной элементарной частицей материи, может быть наиболее простым образом получен в свободном состоянии. Наиболее часто для получения свободных электронов используются термоэлектрон — v ные катоды, в которых, как, J правило, металлы нагреваются до таких температур, при которых электроны приобретают достаточную скорость, чтобы покинуть металл и перейти в окружающее катод пространство. [25]

    К электронным приборам относятся кенотроны ( двух-электродные лампы — диоды), триоды ( трехэлектродные лампы), многоэлектродные лампы ( экранированные, пентоды, многосеточные и комбинированные лампы) и фотоэлементы. В электронных приборах ток создается движением электронов от катода к аноду. Для этой цели необходимо получение свободных электронов в баллоне лампы, для чего используется явление электронной эмиссии из катода. [26]

    Электронные приборы, применяемые сейчас на практике; чрезвычайно разнообразны. Следовательно, нужно иметь устройства для получения потоков свободных электронов. Существует три основных способа получения свободных электронов . [27]

    Ссылка на основную публикацию
    Что такое двойная изоляция вводов в здание
    Монтаж ввода воздушной линии должен выполнять электрик, имеющий допуск к работе с высоким напря­жением, необходимые навыки и соответствующий ин­струмент. Иметь...
    Чертежи минитрактора из мотоблока нева своими руками
    Доброго времени суток всем ! Ну вот и закончил сборку мини трактора из МБ Нева. Решил немого приукрасить его, и...
    Чертежи подъемно поворотных гаражных ворот
    Для обеспечения продолжительной сохранности автомобиля его нужно хранить в месте, которое защитит от воздействия дождя, мороза и др. Но атмосферные...
    Что такое действующая электроустановка определение пуэ
    Электроустановка - совокупность машин, аппаратов,линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства,...
    Adblock detector