Квантовая теория электропроводности металла

1. Сверхпроводимость металлов в квантовой физике
2. Распределение Ферми-Дирака
3. Перемещение электронов в кристаллической решетке
4. Простая квантовая теория электропроводности металлов

Процесс электропроводности металлов можно исследовать с позиции квантовой теории. Установлено, что при соединении атомов в некоторую кристаллическую решетку отмечается медленное уменьшение высоты стенок ключевого барьера, находящегося возле каждого атомного ядра. В то же время перемещающиеся активно валентные электроны начинают смещаться по всей кристаллической решетке, а элементы внутренних оболочек не оставляют собственных мест и изменяют свое позиционирование.

Данное соображение переместило закон австрийского физика теоретика Людвига Больцмана на более далекие позиции, поскольку его гипотеза в полной мере не употребительна к электронам проводимости металла. В реальности, данный закон говорит, что общее число частиц газообразного вещества, находящиеся в состоянии равновесного баланса, устанавливается с помощью уравнения, не обладающего ограничениями на количество электронов. Все компоненты данной структуры обязаны обладать нулевым энергетическим потенциалом.

В соответствии с научным трудом австро-швейцарского физика-теоретика Вольфганга Эрнста Паули, все подуровни в электропроводности металлов имеет возможность заключать лишь 2 электрона. Следовательно, необходимо отстраниться от теории Людвига Больцмана и отыскать для электронов проводимости другой закон статистики.

Сверхпроводимость металлов в квантовой физике

В области воздействия низких температурных показателей появляется процесс сверхпроводимости в форме сильного снижения всеобщего сопротивления определенных материалов.

С 1893 года проблематикой очень низких температур начал заниматься голландский физик и химик Хейке Камерлинг-Оннес. Он первым неожиданно заметил это явление весной 1911 года, осуществляя свои эксперименты. Он отметил, что при температурных показателях в 3 Кельвина (примерно −270°C) электрическое сопротивление ртути фактически почти стало соответствовать нулевому значению. Осуществив повторный эксперимент, Камерлинг-Оннес уточнил температуру, при которой электрическое сопротивление ртути было равно нулю, она составляла 4,15 Кельвина.

Опытным путем сверхпроводимость металлов производится двумя методами:

• Присоединив в металлическую цепочку сверхпроводник, где во время осуществления перехода в сверхпроводящее условие разница зарядов на окончаниях участка приравнивается нулевому значению.
• Расположив кольцо из сверхпроводника в электромагнитное поле, которое располагается параллельно к данному полю, а также осуществив охлаждение элемента ниже температурных показателей смещения в сверхпроводящее состояние, отключают электромагнитное поле.

Впервые сверхпроводимость получила пояснение на микроскопическом уровне в 1957 году в научном труде физиков из США Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера. Осуществляемые в нынешнее время исследовательские эксперименты лишь указывают на подтверждения данной теории.

Распределение Ферми-Дирака

При температурных показателях, приравнивающихся к нулевому значению во всех из вероятных состояний, энергетический потенциал которых меньше силы Ферми для конкретного металла, возможно наблюдать один электрон; непосредственно в процессах электроны отсутствуют. По данной причине, функция группировки электронов по энергетическим потенциалам приравнивается возможности присутствия элемента в состоянии с определенным энергетическим потенциалом.

Для обнаружения данной функции при температурных показателях больше нулевого значения, требуется исследовать неупругие соединения электрона с атомом в устойчивом участке кристаллической решетки.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Возможность того, что электроны столкнуться, и элемент преобразуется в состояние с энергетическим потенциалом, а атом преобразуется в состояние с нулевым значением энергетического потенциала, соответствует:

• Вероятности наличия электрона в состоянии с тепловой энергией.
• Вероятности, что положение электрона в атоме является свободным.
• Возможности, что атом металла располагается в аналогичном электроэнергетическом состоянии.

Полярный процесс имеет возможность начаться, когда энергетический потенциал атома будет снижаться, а сила электрона станет больше при нахождении этого элемента в состоянии с энергетическим потенциалом равным нулю. Таким образом, в металлах усредненная активность теплового перемещения электронов приравнивается всеобщей энергии Ферми, вбираемой при температурных показателях около 30 тысяч Кельвинов.

По данной причине коэффициент температурного показателя плавления электронного газообразного вещества в металлах возможно принимать вырожденным, поскольку в проводимых металлах насыщенность независимых электронов существе меньше, нежели в иных веществах. Из чего выходит, что при комнатных температурных параметрах в полупроводниках электронное газообразное вещество будет невырожденным, в полной мере зависящим закону Людвига Больцмана.

Перемещение электронов в кристаллической решетке

В кристаллической решетке частицы, находящиеся в состоянии спокойствия, не существуют через несоблюдение периодичности, по данной причине, поведение электронов подобно оптически однотипной атмосфере, не распространяющей «электронные волны», что отвечает тому, что металлические компоненты не демонстрируют сопротивления электротоку.

В данной среде осуществляется определенная рассеянность «электронных волн», что и считается поводом устойчивого электрического сопротивления металлических материалов. Распространение электронных элементов на разнородностях возможно считать как атаку электронов с фононами.

В квантовой гипотезе усредненная скорость фактически не находится в зависимости от температурных показателей, поскольку с увеличением или уменьшением данного показателя уровень Ферми сохраняется постоянным. Но с повышением температуры рассеянности «электронных волн» на термических пульсациях решетки со временем растет, и это осуществляет провоцирование снижения усредненной длины независимого фонона. При комнатных температурных показателях в итоге сопротивления металлических материалов температура возрастает соразмерно. Следовательно, квантовая теория электропроводности металлов сумела ликвидировать данную сложность традиционной теории.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Простая квантовая теория электропроводности металлов

В границах квантовой гипотезы движение электронов в металле является распределением волн де Бройля (волна амплитуды вероятности), устанавливающих плотность вероятности выявления объекта в определенном промежутке конфигурационного пространства. В то же время световой луч следует только сквозь тусклую среду и устанавливает самостоятельно явление рассеяния, вызывающее снижение интенсивности некоторого светового пучка. Для образования распределения энергетического потенциала требуется, чтоб каждый элемент макроскопической среды располагался на отдалении, которое сопоставимо с длинной волны.

Волна амплитуды вероятности электрона постоянно принимает участие в электротоке проводимости. Вычисления физиков указывают, что всеобщая скорость постоянного перемещения электронов в определенном проводнике из металла определяется значением около 0,1 миллиметра в секунду.

Установив количественные величины в уравнение возможно вычислить, что длина волны приравнивается примерно 7 метрам. Иначе говоря, проводник из металла с самой хорошей кристаллической решеткой не имеет электрического сопротивления.