Электропроводность металлов.

Классическая электронная теорияметаллов представляет твер­дый проводник в виде системы, состоящей из узловкристаллической ионной решетки, внутри которой находится электронный газ изколлективизированных (свободных) электронов. В свободное состоя­ние от каждогоатома металла переходит от одного до двух электро­нов. К электронному газуприменялись представления и законы статистики обычных газов. При изучениихаотического (теплового) и направленного под действием силы электрического полядвижения электронов был выведен закон Ома. При столкновениях электронов сузлами кристаллической решетки энергия, накопленная при уско­рении электронов вэлектрическом поле, передается металлической основе проводчика, вследствие чегоон нагревается. Рассмотрение этого вопроса привело к выводу закона Джоуля—Ленца.Таким образом, электронная теория металлов дала возможность аналитическиописать и объяснить найденные ранее экспериментальным путем основные законыэлектропроводности и потерь электрической энергии в металлах. Оказалосьвозможным также объяснить и связь между электропроводностью и теплопроводностьюметаллов. Кроме того, некоторые опыты подтвердили гипотезу об электронном газев металлах, а именно:

1. При длительном пропускании электрического тока через цепь,состоящую из одних металлических проводников, не наблюдается проникновенияатомов одного металла в другой.

2. При нагреве металлов до высоких температур скорость тепло­вогодвижения свободных электронов увеличивается, и наиболее быстрые из них могутвылетать из металла, преодолевая силы поверх­ностного потенциального барьера.

3. В момент неожиданной остановки быстро двигавшегося про­водникапроисходит смещение электронного газа по закону инерции в направлении движения.Смещение электронов приводит к появ­лению разности потенциалов на концахзаторможенного проводника, и стрелка подключаемого к ним измерительного прибораотклоня­ется по шкале.

4. Исследуя поведение металлических проводников в магнитномполе, установили, что вследствие искривления траектории электро­нов вметаллической пластинке, помещенной в поперечное магнитное поле, появляетсяпоперечная ЭДС и изменяется электрическое сопротивление проводника.

Однако выявились и противоречиянекоторых выводов теории с опытными данными. Они со­стояли в расхождениитемпературной зависимо­сти удельного сопротивления, наблюдаемой на опыте ивытекающей из положений теории; в несоответствии теоретически полученных зна­ченийтеплоемкости металлов опытным данным. Наблюдаемая теплоемкость металлов меньшетеоретической и такова, как будто электронный газ не погло­щает теплоту принагреве металлического проводника. Эти про­тиворечия удалось преодолеть,рассматривая некоторые положе­ния с позиций квантовой механики. В отличие отклассической электронной теории в квантовой механике принимается, чтоэлектронный газ в металлах при обычных температурах находится в состояниивырождения. В этом состоянии энергия электронного газа почти не зависит оттемпературы, т. е. тепловое движение почти не изменяет энергию электронов.Поэтому на нагрев электронного газа теплота не затрачивается, что иобнаруживается при измерении теплоемкости металлов. В состоя­ние, аналогичноеобычным газам, электронный газ приходит при температуре порядка тысячКельвинов. Представляя металл как систему, в которой положительные ионыскрепляются посредством свободно движущихсяэлектронов, легко понять природу всех ос­новных свойств металлов:пластичности, ковкости, хорошей тепло­проводности и высокой электропроводности.

2. Свойствапроводников.

К важнейшим параметрам, характери­зующим