Електричний струм у металах та надпровідність

Електричний струм у металах

Електричний струм у металах — це впорядкований рух вільних електронів під дією електричного поля.

У металах атоми утворюють кристалічну ґратку, а частина електронів не прив'язана до окремих атомів. Такі електрони можуть вільно рухатися всередині металу й переносити електричний заряд.

Як виникає струм?

Коли до металевого провідника під'єднують джерело струму:

• у провіднику виникає електричне поле;

• вільні електрони починають рухатися до позитивного полюса джерела;

• виникає електричний струм.

Важливо: електрони рухаються від «–» до «+», а умовний напрямок струму прийнято вважати від «+» до «–».

Від чого залежить опір металу?

Опір металевого провідника залежить від:

• довжини провідника;

• площі поперечного перерізу;

• матеріалу;

• температури.

Вплив температури

Для більшості металів:

• зі збільшенням температури опір зростає;

• це відбувається тому, що атоми ґратки сильніше коливаються й частіше заважають руху електронів.

Надпровідність

Надпровідність — це явище, за якого електричний опір деяких матеріалів при охолодженні нижче певної критичної температури стає практично нульовим.

У такому стані електричний струм може протікати без втрат енергії.

Основні властивості надпровідників

• електричний опір дорівнює нулю;

• струм може існувати дуже довго без джерела живлення;

• надпровідники витісняють магнітне поле зі свого об'єму (ефект Мейснера).

Де застосовують надпровідність?

• 🧲 Потужні магніти для медичних томографів (МРТ).

• 🚄 Магнітопідвісні поїзди (маглев).

• ⚛️ Прискорювачі заряджених частинок.

• ⚡ Енергетика та передавання електроенергії з мінімальними втратами.

• 🧪 Наукові дослідження та квантові технології.

Переваги надпровідників

• майже повна відсутність втрат електроенергії;

• створення дуже сильних магнітних полів;

• висока ефективність електротехнічних систем.

Недоліки

• необхідність охолодження до дуже низьких температур;

• висока вартість обладнання;

• складність практичного використання.

Порівняння

Коротко для запам'ятовування

• Електричний струм у металах — це впорядкований рух вільних електронів.

• Електрони рухаються від «–» до «+», а умовний струм — від «+» до «–».

• У більшості металів зі зростанням температури опір збільшується.

• Надпровідність — це стан, коли електричний опір матеріалу стає практично нульовим.

• Надпровідники використовують у МРТ, маглев-поїздах, прискорювачах частинок та сучасній науці.