Қатты денелердің жылу өткізгіштігі
жүктеу/скачать 93,21 Kb.
|
Қатты дене физикасы 7 апта
- Бұл бет үшін навигация:
- Металдардың жылу өткізгіштіктері
- Видеман-Франц заңы
Қатты денелердің жылу өткізгіштігіТордың жылу өткізгіштігі (диэлектриктердің)Тор тербелістерінің жылулық энергияларын беруі қарапайым түрде өтеді: егер атом өзінің тепе-теңдік маңында температурамен анықталатын амплитудамен тербелетін болса, онда ол көршілес атомдарға периодты күшпен әсер етіп, олардың тербеліс амплитудаларын арттырады. Ал олар өзіне көршілес орналасқан атомдардың тербелістерін арттырады. Егер қатты дененің шеттерінің температураларын әртүрлі етіп алатын болсақ, онда үздіксіз жылу ағыны пайда болады. Жылу энергиясы ағынына арналған жылу сиымдылықтың теңдеуі: (5.29) Егер жылу ағыны бір ғана бағытта таралатын болса, онда , (5.30) мұндағы – үлгінің ұзындығы, – көлденең қимасының ауданы, және – үлгі шеттерінің температуралары, – жылу ағынын анықтайтын уақыт, – жылу өткізгіштік коэффициенті, ол температура градиенті бірге тең болған кезде өткізгіштің бірлік көлденең қимасы арқылы, бірлік уақыт ішінде тасымалданатын жылу мөлшеріне тең. [(]= Кванттық теория тордың жылу өткізгіштік коэффициентіне арналған келесі теңдеуді ұсынады: (тор (5.31) мұндағы – кристалдық тордың бірлік көлемінің жылу сиымдылығы, – фонондар таралуының орташа жылдамдығы, – фонондардың еркін жол ұзындығының орташа мәні. Егер, атомдардың тербелістері гармоникалық болса, онда фонондар тор мен кристалл қырларында шашырап, өте үлкен болар еді. Бірақ атомдардың тербелістері – ангармоникалық, сондықтан әртүрлі фонондар және фонондардың фонондарда шашырауы пайда болады да, шамасы бірден шектеледі. Жылу сиымдылықтың тор тербелістеріне негізделген сандық теориясы өте күрделі: мына аймақта жатады 10 – 100 , ал аймақта . кемігенде (тор артады (атомдар тербелістері гармониялыққа жуықтайды, ол фонондардың фононда шашырауын азайтады 3.5 суретті қара.) болғанда (тор мәні өте үлкен болады. Бұл әсіресе қатаң байланысқан жеңіл атомды кристалдарда жақсырақ байқалады. Мысалы, алмазда (атомдары – көміртектер) бөлме температурасында (тор күмістің жылу өткізгіштігінен үлкен (күміс барлық металдар ішіндегі жылу өткізгіштігі ең жоғарысы). Металдардың жылу өткізгіштіктеріМеталдарда жылу тек қана фонондармен ғана емес, сонымен қатар еркін электрондармен де тасымалданады: , (5.32) Мұндағы – электрондардың жылу өткізгіштік коэффициенті: , (5.33) мұндағы – электрондық газдың бірлік көлеміне сәйкес келетін жылу сиымдылық, ; – Ферми деңгейіндегі электрондар жылдамдықтары; – электрондардың еркін жол ұзындығы. температураға тәуелділігі өте күрделі (5.6-сурет). I. . Фонондар концентрациясы аз, олар кемтіктердегі шашырауды арттырады: , сондықтан , яғни (5.4 а- сурет). II. Бұл аймақтағы фонондар концентрациясы , сондықтан , бірақ та , ендеше . III. . Жаңа фотондар пайда болмайды, бірақ , яғни тербеліс амплитудасы артады. Мұндағы , ендеше . Таза металдар үшін , яғни таза металдардың жылу өткізгіштігі негізінен электрондық газдың жылу өткізгіштігімен анықталады. Видеман-Франц заңы1853 жылы неміс ғалымдары Г. Видеман мен Р. Франц металдардың жылу өткізгіштігінің электр өткізгіштігіне қатынасы температураға пропорционал және металдың табиғатына байланысты емес екендігін тағайындады. Бұл заң аймақта ғана дұрыс, ал төменгі температуралар аймағында орындалмайды. , , (5.34) мұндағы –пропорциональдық коэффициенті, оны Лоренц саны деп атайды. . (Бұл заңды кейіннен Лоренц өзінің металдардың электр өткізгіштігі теориясына сүйене отырып алды). Квантттық теория бойынша: , мұндағы . Қазіргі заманғы көзқарас бойынша бұл заң орынды сияқты: ток және металдардың жылу өткізгіштігі электрондармен іске асады – электрондар концентрациясы мен олардың еркін жол ұзындығы көп болған сайын, электр өткізгіштік те көп, ендеше жылу өткізгіштік те көп болады. жүктеу/скачать 93,21 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|