1 - 1
§1. Електричний струм у металах (12-18), Лабораторна робота № 1 (19), §2. Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів (21-26)
Швидкість світла проти черепашачого кроку електронів
Коли ми натискаємо вимикач, світло в кімнаті загоряється миттєво. Складається враження, що заряджені частинки рухаються з неймовірною швидкістю. Проте в реальності вільні електрони в металевому провіднику рухаються впорядковано (дрейфують) під дією електричного поля зі швидкістю... всього близько 0,1 мм/с — повільніше, ніж повзе равлик! Чому ж лампа вмикається миттєво? Тому що електричне поле поширюється вздовж провідника зі швидкістю світла (близько 3 м/с). Щойно ви замкнули коло, електричне поле миттєво «дає команду» всім вільним електронам по всьому ланцюгу одночасно почати рух.
Домашній міні-експеримент: «Графітовий міні-нагрівач»
Мета: Наочно продемонструвати теплову дію електричного струму в провіднику та залежність опору від матеріалу.
Обладнання: Батарейка на 4,5 В (або акумулятор від телефону/дві батарейки АА), тонкий графітовий стрижень від механічного олівця (товщиною 0,5 мм або 0,7 мм), два шматочки ізольованого дроту. Застереження: не використовуйте занадто потужні джерела живлення, оскільки тонкий графіт може швидко розпектися до червоного або зламатися.
Хід роботи:
Візьміть шматочок графітового стрижня довжиною близько 5-7 см.
За допомогою дротів підключіть кінці графітового стрижня до полюсів джерела живлення (4,5 В).
Обережно спостерігайте за стрижнем протягом кількох секунд.
Що відбувається: Графіт є провідником електричного струму (хоча має значно більший питомий опір, ніж метали). Проходження електронів крізь кристалічні решітки викликає інтенсивне зіткнення електронів з іонами вуглецю, через що електрична енергія швидко перетворюється на теплову. Стрижень нагрівається, демонструючи дію закону Джоуля-Ленца.