Не II, фононная теплопроводность

Не 11, фононная теплопроводность 256 Германий 170, 249, 255, 292, 332, 336, 349, 589 [c.927]

Теплопроводность твердых тел в подавляющем большинстве случаев обусловлена двумя механизмами движением электронов проводимости (электронная теплопроводность) и тепловыми колебаниями атомов решетки (фононная теплопроводность). Первый механизм доминирует в металлах, второй определяет теплопроводность неметаллов. В некоторых полупроводниках, полуметаллах и сильно разупорядоченных сплавах оба механизма дают сравнимые вклады в теплопроводность. [c.339]

В диэлектриках перенос тепла осуществляется гл. обр. фононами. При низких темп-рах, когда все фононы имеют одинаковые скорости s (скорость звука, см. Дебая теория), коэф. фононной теплопроводности [c.245]

Как это следует из работ [2, 3], фононная теплопроводность в сплавах может быть соизмеримой с электронной. Поэтому влияние на фононную теплопроводность температуры и примесей может сказаться и на общей теплопроводности сплава. [c.117]

Таким образом, при отсутствии примесей (f 0) фононная теплопроводность обратно пропорциональна температуре. При наличии большого количества примесей (/>6Г) фононная теплопроводность мала и практически не зависит от температуры. [c.118]

Анализируя уравнение (12), можно сделать ряд выводов относительно влияния температуры и примесей на общую теплопроводность металла. В чистом металле фононная теплопроводность значительно меньше электронной. Поэтому зависимость суммарной теплопроводности от температуры определяется в основном степенью отклонения данного металла от идеального состояния, т. е. величиной показателя степени т в выражении (5). Металлы, у которых доля /.ф в общей теплопроводности заметна, имеют отрицательный температурный коэ( )фициент теплопроводности. [c.119]

В связи с тем что при наличии примесей температурный коэффициент фононной теплопроводности уменьшается, решающую роль в сплавах играет электронная теплопроводность, температурный коэффициент которой увеличивается с возрастанием количества примесей. Рост общей теплопроводности с повышением температуры подтверждается экспериментально как для высоколегированных сталей и сплавов, так и для сплавов на основе меди и алюминия. [c.119]

Из двух составляющих общей теплопроводности /. и /.ф только-одна — фононная теплопроводность — может иметь значительный отрицательный температурный коэффициент. Однако попытка объяснить величину и знак температурного коэффициента теплопроводности чистого железа большой долей фононной теплопроводности не приводит к успеху. [c.120]

Теория теплопроводности основана на представлении о переносе теплоты в твердых неметаллических телах тепловыми упругими волнами—фононами. Теплопроводность вещества зависит от длины. свободного пробега фононов и степени нарушения гармоничности колебаний тепловых волн во время их прохождения через данное вещество. В связи с этим степень теплопроводности определяют структура вещества, число и вид ато-MQB и ионов, рассеивающих волновые колебания. Кристаллы с более сложным строением решетки, как правило, имеют более низкую теплопроводность, так как степень рассеивания тепловых упругих волн в такой решетке больше, чем в простой. Снижение теплопроводности наблюдается также при образовании твердых растворов, так как при этом возникают дополнительные центры рассеивания тепловых упругих волн. В стеклах, характеризующихся разупорядоченным строением, длина пробега фононов ае превышает межатомных расстояний, и теплопроводность стекла соответственно меньше, чем теплопроводность керамического материала, содержащего, как правило, значительное количество кристаллических фаз. [c.11]

В данной книге подробно излагаются все механизмы теплопроводности и проводится наглядный физический анализ каждого из них. Основное внимание уделяется фононной теплопроводности твердых тел. Автор отмечает, и с этим утверждением нельзя не согласиться, что вопросы, связанные с теплопроводностью решетки, сравнительно мало отражены в монографической литературе. Поэтому анализ фононной теплопроводности и тех многочисленных ситуаций, когда тепловой поток в решетке играет основную роль, несомненно, является одной из сильных сторон предлагаемой монографии. [c.6]

Даже при таком довольно грубом объяснении электро- и теплопроводности электронов имеется одно существенное отличие от случая фононов. Для чистых неметаллов всегда предполагалось, что теплопроводность при нормальных температурах главным образом определяется рассеянием фононов друг на друге (это также вытекает из соответствующей теории). В металлах обычно считается, что рассеяние электронов на электронах несущественно (это действительно так, см. п. 2 3 гл. 11). Только при низких температурах имеется некоторое сходство между процессами рассеяния, когда и фононная, и электронная теплопроводности определяются в некотором смысле дефектами решетки. Но и при этом имеется различие для достаточно чистых образцов фононная теплопроводность в неметаллах при низких температурах [c.173]

В металле фононы наряду с электронами участвуют в переносе тепла, поэтому электрон-фононные взаимодействия ограничивают как электронную, так и фононную теплопроводности. Рассеяние фононов на электронах в широком интервале температур, является основным фактором, определяющим решеточную теплопроводность металла. [c.190]

Простейший тип поведения теплопроводности имеет место у чистых сверхпроводников I рода, у которых фононная теплопроводность может быть пренебрежимо мала до температур значительно ниже температуры перехода Тс. Если температура перехода Тс меньше температуры, при которой теплопроводность имеет максимум, то металл становится сверхпроводящим при такой температуре, когда средняя длина свободного пробега электронов в нормальном состоянии почти полностью ограничивается рассеянием на дефектах и, таким образом, не зависит от температуры. Если предположить, что в сверхпроводящем состоянии средняя длина свободного пробега эффективных электронов остается такой же, как в нормальном состоянии ), и что скорость этих электронов не меняется, то отношение теплопроводностей сверхпроводящего и нормального состояний должно быть равно отношению соответствующих теплоемкостей. Выражение для электронной теплоемкости сверхпроводника, даваемое в теории Бардина—Купера— Шриффера (БКШ) [14], является довольно сложным, однако при Т < 0,47 с оно приводит к экспоненциальной температурной зависимости тепло- [c.246]

Некоторые особенности теплопроводности полупроводников заслуживают специального рассмотрения. В чистых полупроводниках теплопроводность при нормальных и низких температурах определяется главным образом решеткой и поэтому обнаруживает такое же поведение, как и в неметаллах, которое уже описывалось ранее. Введение небольшого количества примесей прежде всего уменьшает фононную теплопроводность, поскольку фононы начинают испытывать рассеяние на ионах примеси, а во многих случаях также и на электронах, появляющихся из-за наличия примесей. Последний тип рассеяния во многом отличается от рассеяния на электронах, образующих вырожденную систему, когда в рассеянии участвуют только электроны с энергиями, близкими к энергии Ферми. При достаточно сильном легировании полупроводника может стать существенной и электронная теплопроводность, но, если система электронов остается невырожденной, соотношение между электропроводностью и электронной теплопроводностью имеет иной вид, чем в обычном металле. Существует еще один дополнительный механизм переноса тепла в полупроводниках. Электрон-дырочные пары, образующиеся на горячем конце сносятся в направлении градиента температуры и рекомбинируют на холодном, конце. При этом происходит перенос по полупроводнику энергии ионизации пары. [c.253]

При использовании полупроводника для термоэлектрического охлаждения лучше уменьшить его теплопроводность, не меняя при этом электрических свойств. А. Ф. Иоффе и А. В. Иоффе [106] предположили, что путем введения соответствующих примесей можно уменьшить отношение фононной теплопроводности к электронной подвижности. Было высказано предположение [105], что более благоприятными характеристиками в этом отношении будут обладать сплавы изоморфных полупроводников, а не чистые компоненты. [c.261]

Длительность возбуждаемых импульсов деформации может ограничиваться снизу не только величиной т , но и временем пробега звука по области тепловыделения, а характерный размер области нагрева решетки I определяется либо длиной поглощения света /п б 1, либо длиной теплопроводности — расстоянием, на которое прогреется кристалл за время оптического воздействия за счет переноса энергии электронами, фононами и т. д. Фононная теплопроводность всегда происходит со скоростями, не превышающими звуковую, и поэтому не приводит к уширению акустических импульсов. Движения электронов в металлах и электронно-дырочной плазмы в полупроводниках может существенно увеличить область нагрева решетки, особенно при низких температурах. При комнатных температурах диффузия носителей в значительной мере замедлена из-за сильного рассеяния на тепловых колебаниях решетки. Поэтому для термоупругой генерации сверхкоротких импульсов деформации необходимо одновременно уменьшать длительность лазерного воздействия и длину поглощения света. Наконец, нельзя забывать, что время нагрева решетки может определяться не временем оптического воздействия, а временем передачи энергии от электронов к фононам, что также препятствует укорочению длительности импульсов деформации. [c.162]

Графитовые материалы имеют характерную для фононной теплопроводности температурную зависимость с максимумом в интервале 20—100°С (рис. 4). При сравнительно низких температурах рассеяние при передаче тепла происходит только за счет фононной проводимости. При высоких температурах в переносе тепла принимают участие носители заряда, особенно для графитов с малой степенью упорядоченности решетки. В таких графитах резкое падение теплопроводности определяется рассеянием фононов на статических дефек- [c.25]

Полученные этими методами значения фононной теплопроводности чистых металлов более или менее согласуются между собой. Сравнение этих величин со значениями общей теплопроводности металлов, приводимыми в справочной литературе, показывает, что [c.376]

А. Ф. Иоффе [5] в свое время отметил, что наибольшую роль фононная теплопроводность должна играть в легких и прочных металлах, таких, как бериллий. Однако проведенные расчеты позволили выявить и другую группу металлов, в которых доля тепла, передаваемого фононами, сравнима с теплом, переносимым электронами. Ими оказались переходные металлы. Этот факт можно объяснить тем, что недостроенные внутренние электронные оболочки этих металлов обеспечивают большую прочность межатомных сил связи и тем самым уменьшают рассеяние фононов на фо-нонах. Для хорошо проводящих металлов, как и следовало ожидать, доля фононной теплопроводности от общей получилась в пределах нескольких процентов, и, следовательно, ее вклад в общую теплопроводность незначителен. Однако роль величины фононной теплопроводности оказывается более сложной и не ограничивается тем, что она прибавляется к электронной теплопроводности. [c.377]

Дело в том, что фононная теплопроводность при температурах, выше характеристической, определяется взаимодействием фононов. Вместе с тем, перенос тепла электронами осуществляется также путем взаимодействия электронов с фононами. Таким образом, очевидно, должна существовать связь между электронной и фононной проводимостями, а следовательно, связь между фононной теплопроводностью и общей теплопроводностью металла. [c.377]

Результат выкладок, устанавливающих качественную зависимость между электронной и фононной теплопроводностями, может быть записан в виде [c.377]

Таким образом, электронная теплопроводность оказывается прямо пропорциональной фононной теплопроводности. [c.377]

Из приведенного выше соотношения ясно, что факторы, влияющие на фононную теплопроводность, будут изменять электронную I общую теплопроводность металла. [c.377]

Очевидно, что роль фононной теплопроводности может быть прослежена достаточно четко только в том случае, когда величину Р Е), связанную с параметрами, характеризующими энергетическое состояние электронов проводимости, можно считать постоянной. С известным приближением это можно сделать для двух групп металлов — щелочных и благородных. Как известно, число валентных электронов у тех и других одинаково. [c.378]

Учитывая качественный характер полученных выше зависи-.мостей, следует признать согласие между рассматриваемыми величинами вполне удовлетворительным. Это значит, что более высокие значения тепло- и электропроводности благородных металлов по сравнению со щелочными объясняются более низкими величинами фононной теплопроводности у последних. [c.378]

Установленную связь между фононной теплопроводностью и электропроводностью металла можно объяснить следующим образом. [c.378]

Очевидно, что группы металлов, имеющие близкие значения параметров, характеризующих вклад электронов проводимости, будут иметь и близкие значения постоянной в приведенном выше соотношении. В этом случае величина фононной теплопроводности будет определять величину теплопроводности и электропроводности металла независимо от того, насколько малую долю она составляет в общей теплопроводности. [c.379]

Чем сильнее рассеиваются электроны и фононы, тем меньше коэффициент теплопроводности и больше величина его температурного коэффициента. Интересно отметить, что если величина теплопроводности в сплавах определяется электронной и фононной его частями, то температурный коэффициент теплопроводности почти в точности равен температурному коэффициенту электронной теплопроводности. Этот факт является следствием того, что обычно у многокомпонентных высоколегированных сплавов температурный коэффициент электронной теплопроводности велик, в то время как температурный коэффициент фононной теплопроводности для этих же сплавов близок к нулю. [c.393]

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОНОННОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ И НАХОЖДЕНИЕ ЕЕ ДЛЯ ТИТАНА [c.50]

Главным из этих механизмов является электронный, который и обеспечивает высокие значения коэффициента теплопроводности у металлов. А. Ф. Иоффе считал, что фононная теплопроводность несущественна для большинства металлов, за исключением таких легких и твердых, как, например, бериллий [1]. [c.50]

Однако в работе [2] была показана существенность фононной теплопроводности для большой руппы переходных металлов, что было обосновано существованием в этих металлах сильных межатомных связей. [c.50]

Таким образом, для понимания процессов переноса тепла для большого числа металлов необходимо определение величины фононной теплопроводности. Такое определение в настоящее время остается весьма трудной задачей. Имеющиеся немногочисленные теоретические выражения из-за большого числа заложенных в них допущений могут служить только для оценки порядка величины фононной теплопроводности [2]. [c.50]

Таким образом, фононная теплопроводность чистого металла может быть определена, если имеются величины электросопротивления сплава и чистого металла и известна фононная теплопроводность сплава. Последнюю величину для высоколегированных сплавов можно найти экспериментально, используя тот факт, что для них фононная теплопроводность в первом приближении не зависит от температуры [3]. Этот вариант метода может служить кроме своей непосредственной задачи и для оценки отклонения числа Лоренца от теоретического значения. [c.50]

В настоящей работе закон сопротивлений и отношение (1) используется для проверки другого метода определения фононной теплопроводности чистых металлов. Он годится только для тех металлов и сплавов, у которых величина фононной теплопроводности заметна и экспериментальное число Лоренца, подсчитанное по общей теплопроводности, больше его теоретического значения. К таким металлам, как уже говорилось выше, можно отнести бериллий и переходные металлы. Преимущество этого варианта метода в том, что для определения фононной теплопроводности чистых металлов можно использовать имеющиеся данные по теплопроводности низколегированных сплавов. [c.50]

В монографиях В. В. Кудинова [8, 9] рассматриваются возможные механизлш теплопереноса в покрытиях. Основываясь на теоретических предпосылках и результатах собственных оригинальных исследований, с учетом слоистого строения покрытий, наличия пор и многочисленных поверхностей, делается вывод, что перенос тепла осуществляется электронами в объеме напыленных частиц, а также на участках сваривания и химического взаимодействия (Х ), решеточной (фононной) теплопроводностью (Яф), молекулярной теплопроводностью газа в порах (Ям), лучистым теплообменом в порах при нагреве покрытия до высокой температуры (Яп). Суммарная теплопроводность покрытия (Я л Яе + Яф -f Ям - - Яп) намного ниже чем у аналогичных по химическому составу компактных материалов Причиной этого является прежде всего небольшая площадь участков сваривания и малая роль Яе и Яф в повышении теплопроводности, К другим характерным особенностям теплопереноса можно отнести различие в значениях теплопроводности покрытий, замеренных в двух взаимно перпендикулярных направлениях (вдоль и поперек слоя). [c.90]

Следовательно, термическая обработка так же, как и ряд других факторов, по-разному влияет на проводимость тепла и электричества. Наиболее вероятным объяснением этого факта является то, что фонон-ная доля теплопроводности в сплавах составляет значительную величину. При этом условии вследствие различия в механизмах передачи тепла электронами и решеткой изменение структуры может заметно влиять на соотношение между электронной и фононной теплопроводностью в ту или другую сторону (например, в сплаве ЭИ572 доля Ле снижается, а в сплаве ЭИ607 повышается). [c.124]

Примеси в полупроводнике могут рассеивать электроны и фононы так же, как в металлах и неметаллических кристаллах (см., например, работу Драбла и Голдсмида [61]). Примеси могут обусловливать появление в полупроводнике свободных электронов и дырок, что приводит к уменьшению фононной теплопроводности из-за увеличения рассеяния. Если же концентрация дырок и электронов достаточно велика, то они сами могут давать существенный вклад в общую теплопроводность. [c.261]

Настоящее сообщение представляет собой краткий обзор работ по выяснению роли фононной теплопроводности в чистых металлах,. выполненных в последнее время в ЦКТИ им. И. И. Ползунова. В работах 1958—1962 гг. было показано, что в сплавах на основе железа, никеля, титана роль фононной теплопроводности может быть весьма заметной. Этот факт позволил успешно применить метод теплопроводности для исследования структурных изменений, которые происходят в сталях и сплавах под влиянием различных факторов. В связи с этим большой интерес имеет выяснение того, сплавы каких металлов (кроме перечисленных выше) целесообразно исследовать при помощи метода теплопроводности. Решение этого вопроса в значительной степени зависит от того, насколько велика роль фононной проводимости в том или другом чистом металле. Кроме того, вопрос о роли фононной теплопроводности в чистых металлах имеет и большой научный интерес. Следует отметить, что до сих пор он остается в значительной степени открытым. Наиболее широко распространенным является мнение о том, что вообще в металлах (не говоря о чистых хорошо проводящих металлах I группы) роль фононной проводимости пренебрежи.мо мала (смотри, например, [I]). На наш взгляд, такое представление является принципиально неправильным. [c.376]

В настоящее время имеется ряд возможностей подсчета фононной теплопроводности чистых металлов, что позволяет более или менее надежно оценить порядок ее величины. Для определения фононной теплопроводности нами были использованы методы Дагдейла [2], Аксельма [3], Лейбфрида п Шлемана [4], метод определения фононной теплопроводности как разности между общей теплопроводностью и электронной ее частью, подсчитанной по закону Видемана — Франца — Лоренца (с использованием теоретического значения постоянной Лоренца /, = 2,45- 10 в 1град-. [c.376]

Подсчет фононной теплопроводности этих металлов велся нами по формуле Лейбфрида и Шлемана [4], а общей теплопроводности и электропроводности взят из [6]. [c.378]

Ограниченному применению теплопроводности, кроме других причин, способствует мнение о том, что изучение теплопроводности не может дать что-либо нового по сравнению с электросопротивлением. Действительно, электронный механизм переноса тепла и электричества в большинстве металлов является преобладающим. Однако для ряда легких (Ве, М ) и переходных металлов общая теплопроводность заметно превышает электронную. Это различие объясняется существенной величиной в этих металлах фононной теплопроводности. Что касается сплавов, то в них фононная теплопроводность весьма часто играет еще большую роль, чем в чистых металлах. Изменения структуры в сплавах влияют одновременно на рассеивание электронов и фононов. Поэтому для сплавов, в которых доля фононной теплопроводности значительна, воздействие структуры на общую теплопроводность может оказаться заметнее, чем на электросопротивление. Свидетельством этого является наличие отчетливых зависимостей числа Лоренца Ь) от структуры сплава . Па рис. 1 в качестве примера приведены зависимости числа Ь от логарифма времени выдержки для ряда сплавов, в которых происходят различные структурные превращения. Так, в стали ЭИ572 с увеличением времени выдержки происходит [c.391]

При этом разброс точек экспериментально определенных значений теплопроводности относительно (4) составляет не более 107о-Было сделано предположение, что такой вид зависимости для данного материала определяется структурой и свободным 51. Структура образца представляет собой плотную и непрерывную фазу карбида кремния, в которой диспергирован кремний. Известно, что поликристаллический карбид кремния обладает теплопрозрачностью и полупроводниковыми свойствами, в то время как кремний не прозрачен для теплового излучения [3]. С ростом температуры фононная теплопроводность при высоких температурах [c.417]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...