Экспериментальные данные об электросопротивлении металлов




Электросопротивление большинства металлов при комнатных температурах обусловлено в основном столкновениями электронов проводимости с решеточными фононами, а при температуре жидкого гелия – столкновениями с примесными атомами и дефектами решетки. Удельное сопротивление металла, содержащего примесные атомы, можно обычно записать в виде суммы

, (2.48)

где - часть удельного сопротивления, обусловленное тепловым движением атомов решетки, - часть, обусловленная рассеянием электронных волн на примесных атомах. Если концентрация мала, то не зависит от температуры (правило Матиссена).

Величина, известная под названием остаточного сопротивления, получается путем экстраполяции кривой температурной зависимости сопротивления к температуре . Эта величина эквивалентна , поскольку при . На рис. приведены результаты измерений трех образцов Na; видно, что остаточное сопротивление меняется от образца к образцу, тогда как сопротивление, обусловленное тепловым движением атомов решетки, не зависит от типа образца, т.е. одно и то же у всех образцов.

Фононный вклад в электросопротивление в простых металлах зависит от температуры по разному: при высоких температурах в основном по закону . При .

 

Теплопроводность металлов

 

Для коэффициента теплопроводности газа получено выражение: , где - скорость частиц газа; – теплоемкость при постоянном объеме; - средняя длина свободного пробега. Теплопроводность газа Ферми можно получить, воспользовавшись выражением (2.36) и полагая ; тогда для коэффициента теплопроводности электронного газа получим:

, (2.49)

где - концентрация электронов.

Возникает вопрос: что является переносчиком большей части теплового потока в металлах - электроны или фононы? Известно, что чистые металлы при комнатных температурах имеют теплопроводность на один-два порядка величины большую, чем твердые диэлектрики, а, следовательно, в этих условиях весь поток тепла должны переносить электроны. В чистых металлах теплопроводность обусловлена в основном электронами при любых температурах. В металлах с примесями, а также неупорядоченных сплавах вклад фононов в теплопроводность может быть сравним с вкладом электронов.

 

Отношение коэффициента теплопроводности к удельной проводимости

Закон Видемана – Франца утверждает, что для металлов при не очень низких температурах отношение коэффициента теплопроводности к удельной электрической проводимости прямо пропорционален ~ , причем коэффициент пропорциональности является универсальной постоянной.

Закон Видемана – Франца легко получить, если использовать полученные выражения для и :

. (2. 50)

 

В связи с законом Видемана – Франца часто вводят число Лоренца

. (2.51)

Это число не содержит ни концентрации электронов , ни их массы m. Оно не содержит и , если время релаксации одно и то же для тепловых и электрических процессов.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-04-30 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: