Вопрос по закону Видемана-Франца.

[Nomads]

Согласно закону Видемана-Франца для металлов отношение удельной теплопроводности к электрической проводности величина постоянная и пропорциональна температуре. Это отношение найдено из опытов и достоверно, но вот вывод написанный в электроннной энциклопедии меня удивил. Это отношение объясняется тем, что в металлах теплопроводность обусловлена и вызвана наличием свободных электронов. Но это для меня кажется неверным, потому что теплопроводность обусловлена хаотическим движением атомов, а не электронов. Электрон слишком мал, имеет малую массу по сравнению со всем атомом, чтобы переносить такие большие для него энергии. В-общем непонятно я запутался поясните этот момент. Как мне кажется повышение температуры приводит к эмиссии свободных электронов из атомов в окружающую межатомную среду, что и повышает электропроводность, хотя такого тоже не может быть, возможно вместо свободных электронов в передачи электрического тока начинают учавствовать связанные в
атомах электроны при повышениии температуры, в общем версий много. Помогите разобраться.

[gris]

В металлах в твёрдом состоянии атомы сидят на местах, как старые толстые тётки, а юркие маленькие электрончики бегают между ними и толкаются.

[Nomads]

Атомы пусть сидят на местах, это не мешает им толкаться. У электрона нет нужной массы чтобы растолкать атомы, да и как они будут толкать их. Атом окружён ими со всех сторон, результирующая скорость атома при бомбардировке электронами со всех сторон равна нулю. Парадоксально но если бы электроны разгоняли атомы, то при повышении температуры атомы просто остановились бы под действием хаотичной массивной бомбардировки температура вещества падала бы. Ну и ещё одним экспериментом который мог бы происходить если бы электроны передавали тепло было бы направленная передаче теплоты вместе с электрическим током, то есть мы берём и в толще материала создаём электрический канал и затем нагреваем один из концов. Теплота будет передаваться вместе с электрическим током в точно заданном направлении вместе с движением электронов, но ведь этого не происходит. Теплота передаётся во все стороны и не зависит от наличия тока в каком-либо направлении.

[gris]

Во-первых, для толкания не масса важна, а импульс. Во-вторых, для понимания механизма теплопередачи надо по справедливости и фононы учитывать, и квазичастицы, хотя это скукотень и Абрикосовщина.

[Nomads]

Конечно импульс важен, потому что это полная характеристика передачи энергии, но учитывая скорости электронов, а они малы при нормальном состоянии вещества и вызывает сомнение что они могут увеличивать свою скорость настолько значительно, чтобы расталкиватт атомы, которые куда массивнее электрона. И ещё при передаче энергии через электроны несомненно должна быть характеристика насыщения теплопередачи, которая должна срезать теплопередачу выше определённого уровня или хотя бы уменьшать н-же линейной функции из-за банальной нехватки свободных электронов в веществе, а такой характеристики нет. Теплопроводность всегда линейна и может возрастать на большие значения в короткие промежутки времени.

[Alex-Yu]

Nomads в сообщении #772315 писал(а):

Электрон слишком мал, имеет малую массу по сравнению со всем атомом,

Это совершенно не важно какая у него масса. Энергия теплового движения порядка $kT$ что для легких частиц, что для тяжелых. Само по себе тепло же --- это энергия. А вот скорость у легких при этом больше. Поэтому в переносе тепла они и участвуют более "лихо". Где-то так если совсем уж "на пальцах". А вообще на самом деле разобрать это все можно только с помощью математики.

-- Вт окт 08, 2013 13:33:42 --

gris в сообщении #772330 писал(а):

Во-вторых, для понимания механизма теплопередачи надо по справедливости и фононы учитывать,

В металлах фононная теплопроводность много меньше электронной. В первом приближении фононами можно принебречь. Просто считая, что фононы находятся в локальном (!) тепловом равновесии с электронами. Вот в диэлектриках основной механизм теплопроводности --- фононный.

[lucien]

gris в сообщении #772330 писал(а):

для понимания механизма теплопередачи надо по справедливости и фононы учитывать, и квазичастицы

А почему через "и"? И на классическом языке фононная теплопроводность -- это же и есть "толкания толстяков", про котрорые говорил ТС.

[Nomads]

Ну хорошо допустим перенос идёт электронами, но как тогда можно объяснить или опровергнуть мою гипотезу об остановке атомов под действием хаотической передачи ему энергии от электронов со всех сторон одновременнно при нагреве вещества, ведь этого не происходит, хотя скоростные лёгкие электроны как раз воздействуя на атом со всех сторон должны его останавливать. Представьте себе большой чугунный шар закинутый в дрожащую с высокой частотой ванну с дробью. Шар при увеличении частоты будет всё меньше и меньше дрожать.

[gris]

Зависит от размеров шара. Но тут лучше подумать о броуновском движении. Хотя все эти аналогии страдают от. Вообще не понятно, на каком уровне Вы собираетесь вести разговор. Если в терминах толстых тёток, то я и поддержу, а если в терминах спектра квазичастиц в изотропной ферми-жидкости с сильным взаимодействием между частицами, то слова-то я знаю, но лучше почитаю учебник или подожду того, кто это самое и советовал в Вашей соседней теме .

[Nomads]

С броуновским движением как раз всё ясно, там движутся частицы соизмеримые по размерам, а в нашем случае происходит взаимодействие очень маленьких частиц с большими и броуновское движение здесь неприменимо.
Давайте в терминах молекулярной-кинетической теории говорить.
У меня есть ещё одна аналогия. Ток высокой частоты через проводник. Чем выше частота тока, тем быстрее движутся частицы и тем меньше они рассталкивают атомы вплоть до полной остановки процесса передачи тока и разогрева проводника.

[gris]

Ну уж прям и соизмеримы. Поди порядка на 4 отличаются. Это у броуновских частиц в воде, которые уже не стоят на месте.
А с электронами и атомаи какое соотношение? Надеюсь, Вы не рассматриваете их как твёрдые масенькие шарики.

[Nomads]

Давайте не будем вдаваться в подробности об электронах, потому что нарисовать их невозможно. Так что вы думаете о найденных мной несоответствиях.