Газы в металлах

Газ, число частиц в котором много больше, чем число состояний, доступных для каждой из них, называют вырожденным. В конце предыдущего параграфа мы видели, что такие условия характерны для электронного газа в металлах. В этом случае подсчет числа возможных микросостояний системы усложняется, потому что движение частиц перестает быть независимым. Для электронов, которые являются фермионами, это проявляется в том, что каждое возможное состояние частицы может быть занято не более, чем одним электроном. Два электрона уже не могут находиться в одном и том же состоянии. [c.181]

Электронный газ в металле можно представить как движение электронов в трехмерной потенциальной яме, если моделировать границы кристалла потенциальными барьерами бесконечной высоты. Таким образом, предполагается, что электроны заключены в ограниченном объеме, имеющем форму куба со стороной Г. Собственные значения энергии в одномерном случае даются формулой [c.104]

Классические теории предсказывают, что каждый свободный электрон должен иметь теплоемкость, равную Зко/2. Тогда металл с одним Свободны м электроном на атом должен иметь выше температуры Дебая теплоемкость 37,5 Дж/(моль-К) по сравнению с 25 Дж/(моль-К) для неметалла (необходимо учесть, что концентрация электронов в металле составляет около 10 см ). Но эксперименты показывают. что дополнительная теплоемкость электронного газа в металле очень мала и пропорциональна абсолютной температуре. Плотность разрешенных состояний описывается формулой (3.24), если потенциальная энергия электрона внутри металла не меняется. Поэтому в соответствии с равенствами (3.24) и (3. 19) уровень Ферми занимает такое положение, что [c.108]

Теплоемкость электронного газа в металлах [c.124]

Расчет для парамагнитной восприимчивости электронного газа в металле приводит к формуле [c.149]

Как уже отмечалось, Лоренц применил свою модель бинарной смеси для описания движения электронов в металлах. При этом, вычисляя коэффициенты электро- и теплопроводности на основе полученного для этой модели кинетического уравнения (8.58), он использовал в качестве /о(у) максвелловское распределение (8.65). Оно было единственно разумным в 1905 г., но оно же в первую очередь явилось причиной непригодности модели Лоренца к электронному газу в металлах, так как электронный газ в металлах вплоть до 10 сильно вырожден. [c.157]

При низкой температуре энтропия электронного газа в металлах пропорциональна термодинамической температуре. Найти температурную зависимость Ср — Су электронных теплоемкостей при этой температуре. [c.118]

По формуле. (14.63) для молярной М = Ма и кЫл = = 2 кал/К-моль) теплоемкости электронного газа в металлах при комнатной температуре (Г=300 К) получаем величину Су = = 0,05 кал/моль, которая почти в 100 раз меньше молярной теплоемкости классического одноатомного идеального газа. Это показывает, что электронный газ в металлах следует не классической, а квантовой статистике (Ферми — Дирака). Крайне малая величина теплоемкости электронного газа обусловлена тем, что вследствие принципа Паули тепловое движение затрагивает сравни- [c.240]

Другая особенность электронного газа в металле заключена в том, что скорость электронов определяется не энергией теплового движения, а значением Еф. Действительно, скорость термически возбужденных электронов w,= y ( Еф+- кт). Член (3/2) kT < Еф может быть отброшен значение Еф мало отличается от ЕЦ, поэтому We = У 2Е Ут ) [c.456]

Растворимость газа в металле при давлении 0,1 (/) 0,4 МН/м2 (2) [c.41]

Наблюдаемая теплоемкость металлов меньше теоретической и такова, как будто электронный газ не поглощает теплоту при нагреве металлического проводника. Эти противоречия удалось преодолеть, рассматривая некоторые положения с позиций квантовой механики. В отличие от классической электронной теории в квантовой механике принимается, что электронный газ в металлах при обычных температурах находится в состоянии вырождения, В этом состоянии энергия электронного газа почти не зависит от температуры, как это показано на рис. 7-1, т. е. тепловое движение почти не изменяет энергию электронов. Поэтому на нагрев электронного газа теплота не затрачивается, что и обнаруживается при измерении теплоемкости металлов. В состояние, аналогичное обычным газам, электронный газ приходит при температуре порядка тысяч кельвинов. Представляя металл как систему, в которой положительные ионы скрепляются посредством свободно движущихся электронов, легко понять природу всех основных свойств металлов пластичности, ковкости, хорошей теплопроводности и высокой электропроводности. [c.190]

Превалирование сил притяжения между электронами в решетке над силами отталкивания делает электронный газ в металлах неустойчивым к процессу образования из электронов электронных пар, которые называют куперовскими парами по имени ученого Купера, впервые показавшего, что образование таких пар является энергетически выгодным. При этом наибольший выигрыш в энергии возникает при связывании в пары электронов, обладающих противоположными спинами и равными по величине и противоположными по направлению импульсами, т. е. при образовании пары с нулевым полным импульсом. Так как сила притяжения между электронами в куперовской паре является относительно слабой, то спаренные электроны не слипаются друг с другом, а находятся на достаточно 198 [c.198]

Для оценки склонности стали к водородной хрупкости и обезуглероживанию большой интерес представляла экспериментальная проверка закона растворимости газов в металлах при высоких давлениях. [c.116]

На первый взгляд кажется очевидным, что процесс обезуглероживания непосредственно связан с проникновением газа в металл и что, зная величину скорости диффузии газа через сталь и факторы, влияющие на нее, можно заранее судить о стойкости стали против водородной коррозии. [c.122]

Большое содержание газов в металле [c.361]

Газ в металле влияет на температурный интервал порообразования и температуру максимального распухания [95, 111]. С увеличением концентрации газа в металлах температура их максимального распухания сдвигается в область более высоких температур. Для иллюстрации этого эффекта на рис. 81 приведена температурная зависимость распухания исходных и дегазированных образцов меди и никеля, облученных электронами с энергией 1 МэВ и ионами Ni соответственно. [c.150]

Теплотворная способность 10—132 Газы в металлах 6—173 [c.44]

Растворимость газов в металлах зависит от их природы, давления и температуры. Изменение растворимости газов в жидких металлах под действием давления определяется законом Генри, который можно рассматривать как частный случай закона Нернста. По Генри, отношение концентрации вещества в газовой фазе Сг к концентрации его в жидкости См [c.174]

Форма отливки должна обеспечивать всплывание неметаллических включении II выход газов, выделяющихся при остывании отливки в результате понижения растворимости газов в металле с уменьшением его техь пературы. [c.84]

Растворимость газов в металлах. Жидкие и твердые металлы, а также системы, образованные в результате металлической связи, могут растворять в себе газы только в атомарном состоянии, причем те, которые имеют в атомах непарные электроны (Н N), но не образующие ионных связей с металлами, как это характерно для активных окислителей (F, С1). В малоактивных металлах кислород может растворяться без образования оксидов (Au Ag). Ине ртные газы, атомы которых не имеют неспаренных электронов, в металлах растворяться не могут. Кислород растворяется в металлах в виде своих соединений, обладающих металлообразным характером (субоксиды -металлов, низшие оксиды d-металлов, обладающие металлической проводимостью). [c.287]

Электроны в этом случае ведут себя как обычные классические частицы идеального газа. Таким образом, при условии ехрХ X [ (f— f)/( вТ )] 1 вырождение электронного газа полностью снимается. Снятие вырождения происходит при температуре 7 р = рМв = 5-10 К. Отсюда становится понятным, почему поведение электронного газа в металлах в отношении многих свойств резко отличается от свойств обычного молекулярного газа. Это обусловлено тем, что электронный газ остается вырожденным вплоть до температуры плавления и его распределение очень мало отличается от распределения Ферми — Дирака при О К. [c.178]

В предыдущей главе при обсуждении вклада электронов проводимости в теплопроводность и теплоемкость металлов было установлено, что электронный газ в металлах является сильно вырожденным. Поскольку в этом случае концентрация электронов от температуры практически не зависит, температурная зависимость электропроводности металла o=e/ip, определяется зависимостьк> подвижности от Т. В области высоких. температур в металлах, так же как и в полупроводниках, доминирует рассеяние электронов на фононах. Выше было показано, что для вырожденного электронного газа подвижность, обусловленная рассеянием на фононах, обратно пропорциональна температуре (7.164). [c.255]

Несмотря на то, что в так называемых промежуточных теориях содержались интересные идеи, вопрос об электронах проводимости в металле оставался окончательно нерешенным. Формулируя основы своей теории, использущей статистику Ферми — Дирака для электронов, Зоммерфельд [24 — 26] в 1927 г. писал Именно поэтому на протяжении последних двадцати лет идея электронного газа в металле все более п более дискредитировала себя.). [c.158]

Достаточно точное выражение для теплоемкости электронного газа в металле можно получить, опираясь на следующие два предположения 1) возбуждаться (черпать энергию) могут лишь те электроны, энергетические уровни которых лежат внутри слоя шириной коТ вблизи уровня Ферми все прочие электроны не принимают участия в поглощении тепловой энергии 2) способные к возбуждению электроны ведут себя так же, как простой газ частиц с тепловой энергией 3/2 коТ каждая. Поэтому при температуре Т полная энергия п свободных электронов в едИ Ннце объема металла описывается выражением [c.125]

В случае электронного газа в металлах (m=9-10 2 г, пх 10 2 см ) 7 о 10 К и, следовательно, электронный газ в металлах практически всегда сильно вырожден в полупроводниках плотность электронов пяй10 см и Го Ю К, поэтому электронный газ в полупроводниках практически (т. е. при температурах порядка комнатных) не вырожден, и при определении его свойств можно пользоваться классической статистикой. [c.233]

Эксперименты по определению удельной теплоемкости с для кристалл пчесттх тел при низких температурах показали, что с со Г", т. е. быа )о убывает с приближением температуры к абсолютному нулю. Так же изменяется теплоемкость не только кристаллических тел, но н всех других равновесных термодинамических систем, например электронного газа в металлах, 7кидкого гелия и др, [c.364]

Теплоемкость электронного газа. В металлах помимо ионов, образующих решетку и колеблющихся около положений равновесия, имеются и свободные электроны, число которых в единице объема примерно такое же, как и число атомов. Поэтому теплоемкость металла v должна складываться из теплоемкости решетки Среш и теплоемкости электронного газа Сдд. Оценим порядок величины Сэл- [c.134]

Химическая коррозия возникает в результате химического аоздействия коррозионной среды (без образования электрического тока) и протекает обычно в неэлектропроводной среде, например в безводных средах и газах, особенно при повышенных температурах. Эта коррозия протекает относительно просто, поскольку определяющих факторов мало. Однако если на поверхности металла образуются защитные слои, то скорость коррозии зависит от скорости диффузии газа в металл или от скорости диффузии атомов металла сквозь слой продуктов коррозии в направлении границы между защитным слоем и газом. При химической коррозии в таком случае происходит прямой переход валентных электронов из металла в продукт коррозии, т. е. образуются ионные соединения по следующей схеме [c.15]

Проведенные исследования показали таким образом, что закон растворимости газов в металлах, полученный ранее для низких давлений (ниже 1,5 атм), может быть jaa npo-странен и на область высоких давлений. [c.118]

Процесс проникновения газа чёрез металл, т.е. водо-родопроницаемость состоит из целого комплекса элементарных физико-химических стадий. В этом комплексном процессе диффузия, как таковая, является одной из составляющих. Проницаемость газов через металл определяется скоростью наиболее медленной из следующих стадий поверхностной адсорбции и десорбции, растворения водорода в приповерхностном слое металла и собственно диффузий водорода в металле. Хотя механизм диффузии газов в металлах не совсем ясен, большинство исследователей считает, что те же факторы, которые способствуют процессу химической сорбции (главным образом наличие значи- [c.122]

В области теории и практики доменного и сталелитейного производства, а также коксохимии долго и успешно работал акад. Николай Прокопьевич Чижевский (1873—1952). Его творческие усилия были направлены на создание новых конструкций печей для производства кокса, на расширение сырьевой базы коксохимической иромышленности. Ученый предложил коксовать каменные угли с добавкой железной руды и колошниковой пыли. Так был впервые получен железококс — новый вид сырья для доменной плавки. И. П. Чижевский исследовал влияние азота, кремния и марганца на свойства стали, предложил эффективные методы определения содержания газов в металле, одним из первых занялся весьма перспективной проблемой использования вакуума в процессах выплавки металла. [c.216]

Влияние различных способов выплавки на показатели качества и некото рые механические свойства жаропрочного сплава на никелевой основе даны на рис. 70 (свойства металла обычной дуговой плавки приняты за 100). Несомненно положительное влияние переплавных способов на содержание газов в металле (уменьшение на 50%) и устранение ликвационной неоднородности и дефектрв. Характерно повышение пластичности в условиях горячей деформации (на 30—70%) и в особенности при рабочих температурах (в 2 раза). Способ "производства сплава отражается и на длительной прочности (время до разрыва при а = onst при 900° С увеличивается на 18—45%), но практически не влияет на кратковременную прочность. , [c.167]

Наиболее сильным средством борьбы с газами в металле является правильно проведённый процесс выплавки и тщательная дегазификация стали. [c.324]

Рост чугуна увеличивается 1) при повышении температуры нагрева, особенио при переходе через линию PSK (фиг. 1), что связано с распадом цементита и выделением графита 2) при уменьшении стойкости карбидов и при увеличении их содержания 3) при уменьшении плотности металла и степени дисперсности графитовых включений 4) при увеличении содержания газов в металле (главным образом водорода). [c.6]

Поэтому, если каналов и пор во внешней части формы будет мало, то газопроницаемость в этом месте, вследствие конденсациии пара, может упасть почти до нуля. В результате газовое давление внутри формы возрастёт, что может повлечь за собой проникновение газа в металл. Поэтому газопроницаемость наполнительной смеси нужно поддерживать на том же (или даже более высоком) уровне, что и газопроницаемость облицовочной смеси. [c.102]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...