Про електропровідності металів

Костянтин Вертенов

Така гіпотеза полягає в тому, що причиною електричного опору металів є не зіткнення електронів з іонами кристалічної решітки металу, а втрати на випромінювання. Однак не поспішайте сказати, що променеве тертя дуже малий і не може бути причиною електричного опору. Автор спробує показати, що це зовсім не очевидно.

Особливістю даної гіпотези є розгляд променевого тертя з урахуванням величезних швидкостей теплового руху електронів. Гіпотеза зводиться до того, що в Внаслідок дії електричного поля збільшується середня кінетична енергія руху електронів, що безпосередньо призводить до збільшення інтенсивності теплового випромінювання і є причиною гальмування зарядів і нагрівання провідника.

Розглянемо більш докладно процеси, що проходять в металевому провіднику. Будемо, як звичайно, вважати, що вільні електрони в металі, поводяться подібно до газу, що складається з заряджених часток. Електрони знаходяться в стані хаотичного теплового руху, причому середня кінетична енергія теплового руху електрона пропорційна температурі.        

W = mV2/2 = 3/2KT.         

(1)     

При цьому електронний газ, як і всяке інше тіло, одночасно випромінює і поглинає теплову енергію в інфрачервоному діапазоні. При рівності температури газу і температури навколишнього середовища ці процеси знаходиться в стані теплової рівноваги. Очевидно, що потужність теплового випромінювання залежить від швидкості теплового руху і зростає зі зростанням V або W.

Нехай ця залежність для електронного газу виражається деякою функцією N (W), і нехай температура газу дорівнює Т0, що відповідає кінетичної енергії електронів W0 і потужності теплового випромінювання N0 (див. рис.1). Зауважимо, що для газу, що складається з незаряджених частинок ця залежність близька до закону Стефана, тобто N пропорційно W4).

Рис. 1. Залежність теплового випромінювання від середньої кінетичної енергії електронного газу

При появі зовнішнього електричного поля, напруженістю Е електрони починають прискорене рух під дією сили Fk зі швидкістю U спрямованого руху, тобто виникає електричний струм.        

Fk = eE,         

(2)     

де е - заряд електрона. При цьому передбачається (з теорії П. Друде), що швидкість U не зростає до нескінченності через зіткнення з кристалічними гратами. При кожному зіткненні швидкість скидається до нуля і, потім знову починає рости. Таким чином, середня швидкість U залежить від середньої довжини вільного пробігу, яка фактично і визначає опір провідника. Втрати на випромінювання прискореного електрона (променеве тертя) при цьому не враховуються. Теорія неправильно кількісно пророкує температурну залежність опору і має ще інші слабкі сторони. Дивно, що обнуляється тільки швидкість U, а швидкість теплового руху V при цьому не змінюється.

Пропонована вашій увазі гіпотеза полягає в тому, що опір виникає не внаслідок зіткнень з кристалічними гратами, а в результаті додаткового випромінювання рухомого заряду.

При появі у зарядів під дією електричного поля додаткової швидкості U їх середня кінетична енергія зростає на величину