Теорія металів Друде
Теорія металів Друде
1.Вступ
2. Основні припущення моделі Друде.
3. Статична електропровідність металу.
4. Ефект Холла і магнетоопір
5. Високочастотна електропровідність металу.
6. Теплопровідність металу.
1. Вступ.
Метали займають особливе положення у фізиці твердого тіла, виявляючи ряд вражаючих властивостей, відсутніх у інших твердих тіл (таких, як кварц, сіль). Всі вони - чудові провідники тепла і струму, володіють пластичністю, блистять на свіжому зрізі. Необхідність пояснення таких властивостей стимулювала створення сучасноі теорії твердого тіла.
Хоча більшість твердих тіл не являються металами, проте, з кінця XIX ст. до сьогодні метали відіграють важливу роль в теорії твердого тіла. Виявилося, що металічний стан є одним із важливих станів речовини. Наприклад, хімічні елементи явно переважають у металічному стані: більш ніж дві третіх з них метали. Навіть для пояснення властивостей неметалів необхідно зрозуміти властивості металів: лише пояснивши, чому мідь є таким добрим провідником можна зрозуміти чому ним не є звичайна сіль.
Останні сто років фізики намагаються побудувати прості моделі металічного стану, які б дозволили якісно і навіть кількісно пояснити характерні металічні властивості. У ході цих пошуків надзвичайні успіхи супроводжувалися, здавалося, безнадійними поразками. Навіть найперші моделі, хоча вони зовсім невірні у багатьох відношеннях, при правильному їх використанні і тепер цікавлять фізиків, які займаються дослідженнями твердого тіла.
У подальшому розглядається теорія провідності металів, запропонована Друде на початку XX століття. Успіхи моделі Друде були значними, вона і по сьогодні часто застосовується, оскільки дає можливість швидко побудувати наочну картину і отримати грубі оцінки характеристик, більш точне визначення яких вимагало складного аналізу. Однак, модель Друде не могла пояснити деякі експерименти і крім того приводила до багатьох труднощів, з якими теорії металів випало мати справу у наступну чверть століття. Вони найшли своє розв'язання лише після створення складної і тонкої теорії твердого тіла.
2. Основні припущення моделі Друде.
У 1897 році Томсон відкрив електрон. це відкриття мало великий і безпосередній вплив на теорію матерії і дозволило також пояснити теорію провідності металів. Через три роки після відкриття Томсона Друде розробив свою теорію електро- та теплопровідності. При цьому він розглядав електрони в металі як електронний газ і застосував до нього кінетичну теорію газів, яка виявилася дуже життєдайною. У кінетичній теорії, у її найпростішій формі, вважають, що молекули газу являють собою однакові тверді сфери, які рухаються прямолінійно доти, поки не зіткнуться одна з одною. Припускається, що тривалість окремого зіткнення дуже мала і що між молекулами не існує ніяких інших сил, окрім виникаючих у момент зіткненя.
У простих газах є частинки одного виду, а в металах їх повинно бути по крайній мірі двох: електрони заряджені негативно, а метал в цілому електро нейтральний. Друде припустив, що компенсуючий позитивний заряд належить тяжчим частинкам, які, як він вважав, є нерухомими. У той час, однак ще не розуміли точно, чому в металі наявні легкі рухомі електрони і більш важкі нерухомі позитивно заряджені іони. Вирішення цієї проблеми стало одним із фундаментальних досягнень сучасної квантової теорії твердого тіла. При обговоренні моделі Друде нам буде достатньо просто припустити (для багатьох металів, до речі, це припущення виправдане), що коли атоми металічного елемента об'єднуються, утворюючи метал ,валентні електрони звільнюються і одержують можливість вільно переміщатися в металі, в той час як металічні іони залишаються незмінними і відіграють роль нерухомих позитивних частинок теорії Друде. мал. 1