Через три года американцы Р. Толмен и Т. Стюарт благодаря гальванометру сумели определить массу электрона. Подсоединив прибор к катушке из 500-метрового провода, ученые раскрутили ее до скорости 500 м/с, а затем остановили. В ходе раскручивания гальванометр фиксировал появление инерции, исполняющей роль сторонней электродвижущей силы, так что после остановки катушки исследователи интегрировали (то есть суммировали) эти показания по всей длине провода — и получили формулу ЭДС. Затем, собрав все данные (ЭДС, длину провода и его сопротивление, радиус катушки, направление и скорость вращения, время остановки), они вычислили удельный заряд частицы — отношение ее элементарного заряда к массе. А попутно выяснили, что знак заряда, который несут изучаемые частицы, отрицательный. Данное открытие стало фундаментом классической теории электропроводности металлов.
Постепенно сформировалось шесть базовых положений этой теории:
1. Чем больше в металле свободных электронов, тем выше его способность проводить ток.
2. Все металлы имеют разное сопротивление, поскольку количество электронов в их кристаллических решетках не одинаково.
3. По мере роста температуры внутри металла его сопротивление увеличивается.
4. Чтобы в металле возник ток, необходима внешняя сила, которая упорядочит хаотичное движение электронов.
5. Ток возникает в тот самый момент, когда начинается воздействие на электроны.
6. Сила тока в металле соответствует закону Ома.
Из третьего пункта следует, что нагревание металла изнутри снижает его способность проводить ток — ведь из-за высокой температуры стройное движение электронов нарушается, и они начинают беспорядочно метаться, то и дело натыкаясь на решетку и разогревая проводник еще больше. Поэтому важно следить за тем, чтобы проводники не перегревались.
Открытие электропроводности стало первым шагом к глубокому изучению свойств металлических проводников тока, вследствие чего была создана теоретическая база для конструирования бытовой и производственной техники, которая является неотъемлемой частью современной жизни.
Сверхпроводимость и сверхпроводники
Сверхпроводимость — способность вещества без сопротивления пропускать через себя большое количество электрического тока — связана с тем, что электроны проходят через кристаллическую решетку парами. Казалось бы, это парадокс, ведь два электрона, скорее, наткнутся на атомы решетки, затормозят, расшатают само препятствие, вследствие чего проводник разогреется и его сопротивление возрастет. Но дело обстоит иначе, когда речь идет об очень низкой температуре окружающей среды…