Почему металлы проводят электрический ток и тепло
Металлы считаются проводниками первого рода, которые проводят электрический ток, не изменяя своего химического состава, в отличие от проводников второго рода (расплавы, растворы), изменяющих состав. Причем, подвижность ионов значительно (в сотни тысяч раз) ниже, чем электронов.
Электропроводность разных металлов различна. Наиболее высокая она у серебра. Если принять ее за 100 %, то относительная электропроводность меди равна 91–92; алюминия – 50; железа – 12 %.
При повышении температуры электропроводность металла уменьшается. По-видимому, причиной этого являются увеличивающиеся при нагревании тепловые колебания ионов кристаллической решетки, препятствующие свободному перемещению электронов и повышение хаотического движения электронов.
При понижении температуры, наоборот, электропроводность металлов увеличивается сначала линейно, а при низких температурах необычайно быстро. При температуре, близкой к абсолютному нулю, у некоторых из них наблюдается явление сверхпроводимости.
Многие металлы способны испускать электроны под действием электромагнитных волн, что получило название фотоэлектрического эффекта.
Почему металлы проводят тепло?
Металлы проводят тепло, потому что в их атомах есть свободные электроны. Когда металл нагревается, свободные электроны перемещаются, передавая тепло ближайшим атомам. Затем тепло передается по всему металлу.
Теплопроводность металла зависит от трех факторов: количества свободных электронов в металле, скорости движения электронов и расстояния, на которое электроны могут пройти, прежде чем врезаться в препятствие и изменить свой курс.
Металл имеет решетку из атомов, каждая из которых имеет внешнюю оболочку, содержащую электроны, которые обычно диссоциируют от родительского атома перед тем, как пройти через решетку. Диссоциированная, свободная группа электронов позволяет металлу проводить тепло и электрический ток. Когда металл нагревается или прикладывается электрическое напряжение, электрическое поле внутри металла запускает движение электронов, заставляя их перемещаться от одного конца проводника к другому.
Электроны металлов, таких как золото, алюминий, серебро и медь, могут пройти сотни атомов, прежде чем столкнуться с препятствиями, которые заставят их изменить свой курс. Это объясняет, почему некоторые металлы лучше проводят тепло, чем другие металлы. Например, в сплаве электроны успевают проскользнуть через несколько атомов, прежде чем натолкнутся на препятствия.
Металлы
— обладают ковкостью (пластичностью). Лучше всех золото, серебро, олово, медь. Их можно расплющить до толщины всего в несколько десятков атомов (пленка которая пропускает свет). Или сделать проволоку из 1 г золота длиной в 2 км. Использовали это свойство для украшения (сусальным золотом) изделий, фарфора, книг и т.д.
— хорошо проводят тепло (вспомните поверхность сковороды, утюга, крана с водой и т.д.);
— хорошо проводят электрический ток (лучше всех серебро, чуть хуже медь и золото). Но чаще используется медь, так как она более дешевая. При прохождении тока, металл нагревается (часть энергии переходит в тепловую, что может приводит к плавлению и пожарам);
— на внешнем уровне не более 4-х электронов (которыми металлы легко делятся)
— в атоме металла общие электроны свободно перемещаются по всему металлу, связывая атомы между собой. Именно они хорошо проводят тепло и ток
— а атомы, отдавшие в общее пользование электроны и ставшие положительными ионами, образуют кристаллическую решетку. Т.е. металл — это тоже одна большая молекула с особой металлической связью.
— свойства металлов отличаются из-за металлической связи и расстояния между ионами.
Редактировать этот урок и/или добавить задание Добавить свой урок и/или задание
Добавить интересную новость
Почему металлы проводят электрический ток и тепло
Металлы хорошо проводят электрический ток. Это проводники. А стекло, фарфор не проводят ток. Они изоляторы. Но есть такие материалы, которые проводят ток хуже, чем металлы, но лучше, чем фарфор. Это полупроводники. У них есть очень важное свойство: в нагретом состоянии или на свету они проводят ток лучше, чем охлаждённые или в темйоте.
Почему металлы хорошо проводят ток? Потому что атомы металла легко расстаются со своими электронами. Они движутся в металле беспорядочно, как пылинки в солнечном луче. Но если к металлической проволочке присоединить электрическую батарейку, то электроны устремляются в одну сторону, как пылинки, когда их увлекает поток воздуха от вентилятора.
А почему изолятор ток не проводит? Потому что все атомы крепко держат свои электроны. Свободных электронов нет. Значит, нет и тока.
В полупроводнике электроны связаны с атомами слабее, чем в изоляторе. Атом полупроводника может «стряхивать» электроны, как яблоня яблоки, если тряхнуть её ветви. Атомы, так же как электроны, колеблются, ударяются друг о друга. С повышением температуры увеличивается сила ударов атомов. Появляется больше свободных электронов — полупроводник лучше проводит ток. Свет действует так же, как тепло.
Из полупроводников сделаны замечательные приборы: полупроводниковые диоды и транзисторы. Диоды обладают свойством пропускать ток в одном направлении и не пропускать — в другом. А транзисторы могут в сотни раз усиливать электрические сигналы. Благодаря этим свойствам полупроводниковые приборы стали незаменимы в карманных радиоприёмниках, портативных магнитофонах, малогабаритных телевизорах, электропроигрывателях. Сотни тысяч диодов и транзисторов, соединённых в сложные схемы, работают в электронных вычислительных машинах.