Электроны в металле

Статистический анализ для системы молекул идеального газа подобен анализу для свободных электронов в металле, за исключением того, что нет ограничений для числа молекул газа, которые могут находиться на отдельном энергетическом уровне. [c.100]

Согласно более ранней, имеющей почти полуторавековую историю, гетерогенной трактовке процессов электрохимической коррозии металлов (теории локальных элементов), участки анодной и катодной реакций пространственно разделены и для протекания коррозии необходим переток электронов в металле и ионов в электролите. Такое пространственное разделение анодной и катодной реакций энергетически более выгодно, так как они локализуются на тех участках, где их прохождение облегчено (энергия активации реакции меньше). [c.186]

При температуре ниже дебаевской следует учитывать другие механизмы переноса, в частности перенос фононами, вклад которых до сих пор не рассматривался. Фононы обеспечивают теплопередачу в неметаллических веществах, где нет газа свободных электронов. В металлах и сплавах при низких температурах вклад фононов в теплопроводность оказывается заметным. Возникает поток фононов, взаимодействующих с другими фононами, электронами и атомами примесей, причем каждому такому акту соответствует своя длина свободного пробега. При высоких температурах средняя длина свободного пробега при электрон-фононном взаимодействии значительно больше, чем при фонон-фононном. Таким образом, по отношению к электронам решетка находится во внутреннем тепловом равновесии и рассмотренная выше термо-э.д.с. диффузионного происхождения оказывается основной. При низких температурах длина свобод- [c.272]

Электрическим током принято называть упорядоченное движение электрически заряженных частиц. В зависимости от состояния и состава вещества его электрическая проводимость может быть электронной (в металлах), электронно-дырочной (в полупроводниках), электронно-ионной (в газах) и ионной (в электролитах). [c.31]

Прежде всего общим свойством всех макроскопических объектов является то, что составляющие их частицы находятся в непрерывном движении. Правда, характер этого движения и законы, которые им управляют, как будто совершенно различны в различных объектах. В газах, например, молекулы свободно движутся по всему объему, лишь относительно изредка сталкиваясь друг с другом. В твердых телах атомы, напротив, сильно связаны между собой и могут лишь слегка колебаться около положений равновесия. Еще более могучим является обменное взаимодействие между электронами в металле, но оно совсем не похоже на взаимодействие между молекулами газа или атомами твердого тела. Оказывается, однако, что существует одна общая черта, одинаково характерная для всех этих разных движений их хаотичность. [c.13]

Кое-что об электронах в металле мы узнаем в гл.8. [c.45]

В следующей главе мы увидим, что для обычных газов такие условия никогда не достигаются. Но они характерны, например, для газа электронов в металле или для газа фотонов, существующих внутри нагретой полости. [c.150]

При обычных плотностях числа электронов в металлах [c.182]

Точный расчет дает в этом выражении я /2 вместо 3. Но дело не в этих численных коэффициентах. Все равно газовое приближение для электронов в металле —лишь приближение, поскольку между электронами действуют довольно заметные силы обычного кулоновского отталкивания. А дело в комбинации Т/ър, кот ое показывает, [c.183]

Это заключение справедливо также для электронов в металле или полупроводнике, для нейтронов в графитовых замедлителях и вообще для всех объектов, в которых главную роль играют столкновения частиц не друг с другом, а с какими-то неподвижными или почти неподвижными центрами рассеяния. [c.198]

Когда система находится во внешнем поле, на каждую частицу действует отличная от нуля сила Р. Собственно говоря, одно внешнее поле такого типа присутствует всегда—это поле тяжести с Р =тд. И если мы о нем не вспоминаем, это значит просто, что разные части системы находятся примерно на одной высоте. Для ионов в электролитах и электронов в металлах или полупроводниках таким полем может быть электрическое поле с Р = еЕ, где е—заряд частицы, Е — напряженность поля. [c.208]

Опыт показал, однако, что ход зависимости, изображенный на рис. 32.7, не всегда имеет место. У ряда металлов, особенно щелочных, для которых красная граница лежит далеко в видимой и даже в инфракрасной области спектра и которые, следовательно, чувствительны к широкому интервалу длин волн, наблюдается следующая особенность сила тока имеет резко выраженный максимум для определенного спектрального участка, быстро спадая по обе его стороны селективный, или избирательный, фотоэффект, рис. 32.8). Селективность фотоэлектрических явлений очень напоминает резонансные эффекты. Дело происходит так, как будто электроны в металле обладают собственным периодом колебаний, и по мере приближения частоты возбуждающего света к собственной частоте электронов амплитуда колебаний их возрастает и они преодолевают работу выхода. [c.644]

При обсуждении закона Дюлонга и Пти отмечалось, что если исходить из классических представлений и считать электроны в металле свободными, так же как молекулы идеального газа, подчиняющиеся статистике Максвелла—Больцмана (рис. 6.6), то такой газ электронов имеет большую теплоемкость (с учетом вклада электронов теплоемкость в 1,5 раза больше, чем это следует из закона Дюлонга и Пти) из-за того, что энергия, подводимая [c.176]

Свободные электроны в металле обладают резко выраженными квантовыми свойствами, главным из которых является то, что их энергия квантована и они подчиняются принципу запрета Паули, согласно которому в состоянии с одной и той же энергией может находиться не более двух электронов с противоположно направленными спинами, т. е. только два электрона могут иметь одинаковую энергию и направление движения. [c.177]

Рис. 6.10. Функция плотности состояний для свободных электронов в металле сплошная кривая—при Г-0 К пунктирная — при Г>0 К

Заполнение зон электронами в металлах, диэлектриках и полупроводниках схематически показано на рис. 7.10. В табл. 7.1 при-230 [c.230]

Для объяснения спектральной зависимости фотоэлектронной эмиссии металлов обратимся к энергетической диаграмме на рис 7.4, а. В левой половине рисунка (слева от вертикали АА) представлены энергетические состояния электрона в металле штриховкой показаны состояния в зоне проводимости, заполненные электронами. В правой половине рисунка показан так называемый уровень вакуума [c.162]

Предположим, что электроны в металле являются свободными и обладают зарядом с и эффективной массой т. Тогда проводимость с [c.162]

В предыдущих разделах частицы считались фиксированными в пространстве и, следовательно, были отличимы одна от другой. Однако это ограничение неприменимо для свободных электронов в металле. Считают, что эти электроны имеют поступательную энергию и могут свободно двигаться во всем объеме системы таким же образом, как молекулы в газовой фазе отсюда происходит выражение электронный газ , иногда применяемое для этого типа систем. Поэтому электронные частицы следует рассматривать как неразличимые. Однако в отличие от молекул газа, электроны ограничены принципом запрета Паули, утверждающим, что не может быть двух электронов с одинаковыми квантовыми числами, а следовательно, с равными энергиями. [c.98]

Значит, для вычисления нужно проинтегрировать в пределах от - [ а/т до оо выражение для числа электронов, имеющих скорость от Vx до vx + dvx- Расчет на основании квантовых представлений о распределении электронов в металле согласно статистике Ферми-Дирака дает выражение, известное как формула Ричардсона — Дешмана [c.63]

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]

К фермионам относятся электроны, нейтроны, протоны и большинство других элементарных частиц. А атомы гелия являются бозонами. 4Индивидуализм фермионов определяют всю специфику поведения электронов в металле, а коллективизм бозонов — очень необычные свойства жидкого гелия. [c.150]

Из 106 элементов периодической системы Д.Н. Менделеева 76 составляют металлы. Все металлы имеют общие характерные свойства, отличающие их от других веществ Э го обусловлено особенностями их внуфиатомного строения. Согласно современной теории строения атомов каждый атом представляет сложную систему, которую схематично можно представить состояп(сй из по-ложителыю чаряженного ядра, вокруг которого на разном расстоянии движутся отрицательно заряженные электроны. Притягивающее действие ядра на внешние (валентные) электроны в металлах в значительной степени скомпенсировано электронами внутренних оболочек. Поэтому валентные электроны легко отрываются и свободно перемещаются между образовавшимися положительно заряженными ионами. Слабая связь отдельных электронов с остальной частью атома и является характерной особенностью атомов металлических веществ, обуславливающей их химические, физические и механические свойства. Общее число не связанных с определенным атомом электронов в различных металлах [c.271]

Концентрация свободных электронов в металлах примерно равна концентрации атомов, модуль заряда электрона е = = 1,6-10 Кл. Для проводника с плоп1адью поперечного сечения S=1 мм = 10 при силе тока / = 1 А скорость упорядоченного движения электронов равна [c.153]

Эти экспериментальные результаты никак нельзя объяснить, оставаясь в рамках классической физики. Действительно, предположив, что электрон вылетает из металла под действием све ТОБОЙ волны, нужно рассматривать ее как некоторую вынуждающую силу, амплитуда которой должна определять максима.льную скорость вылетевших электронов. Следовате.ньно, Кзщ должно быть пропорциональным световому потоку, а в эксперименте, как уже указывалось, установлено отсутствие такой зависимости. Непонятна также зависимость Уз д от частоты падающего света. Казалось бы, эффект должен иметь резонансный характер и наблюдаться лишь в том случае, когда частота собственных колебаний электрона в металле совпадает с частотой падающего света. Между тем эффект усиливается при v v p, а наблюдавшиеся в некоторых условиях максимумы зависимости силы фототока от частоты облучающего катод света появляются лишь н специальных условиях эксперимента и не должны влиять на установление основного механизма процесса. [c.433]

Как показал Эйнштейн, эти противоречия снимаются, если явления рассматривать с позиций квантовой теории. В этом случае нужно записать закон сохранения энергии для элементарного процесса, заключающегося во взаимодействии одного кванта света с веществом, сводящегося к передаче электрону дискретного количества энергии. При этом нужно учесть, что электрон в металле не является свободным и, чтобы покинуть тело металла, электрон должен преодолеть работу выхода А. При учете этих физически ясных условий легко записат . уравнение, описывающее процесс поглоп1ения одного кванта и возникновения. электрона С наибольшей скоростью [c.433]

Из 106 элементов периодической системы Д.И. Менделеева 76 составляют металлы. Все металлы имеют общие характерные свойства, отличающие их от других веществ. Это обусловлено особенностями их внутриатомного строения. Согласно современной теории строения атомов каждый атом представляет сложную систему, которую схематично можно представить состоящей из положительно заряженного ядра, вокруг которого на разном расстоянии от него движутся отрицательно заряженные электроны. Притягивающее действие ядра на внешние (валентные) электроны в металлах в значительной степени скомпенсировано электронами внутренних оболочек. Поэтому валентные электроны легко отрываются и свободно перемещаются между образовавшимися положительно заряженными ионами. Слабая связь отдельных электронов с остальной частью атома и является характерной особенностью атомов металлических веществ, обусловливающей их химические, физические и механические свойства. Общее число не связанных с определенным атомом электронов в различных металлах неодинаково. Этим объясняется довольно значительное различие в степени металличности отдельных металлов. Наличием электронного глаза объясняют и особый тип межатомной связи, присущей металлам. [c.37]

Названные специфические свойства, по-существу, обусловлены наличием в металлах свободных электронов. Металлическая связь возникает при взаимодействии атомов электрополоэ/сительных элементов, внешние валентные электроны которых связаны с ядром относительно слабо. При образовании твердого состояния в результате перекрытия волновых функций металлических атомов (например, атомов Na) движение электронов, как и в случае ковалентной связи, претерпевает радикальное изменение, и электроны обобществляются. При этом каждая соседняя пара электронов предпочла бы образовать молекулу, с тем чтобы поделить себя между двумя атомами. Но у кал<дого атома Na в твердом состоянии имеется в среднем восемь соседей и только один валентный электрон,, который должен быть поделен с каждым из этих соседей. В отличие от случая ковалентной связи, когда пара электронов, в основном, курсирует между двумя соседними атомами, коллективизированному электрону в металле приходится совершать довольно сложный путь, посещая по очереди каждый атом (положительный ион) твердого тела. В описанной ситуации все ионы обладают всеми электронами вместе, а электроны могут свободно перемещаться от одного иона к- другому. [c.82]

Поскольку электроны в металле обладают значительными скоростями, поляризация решетки не является статической. Возникающая при движении электрона поляризация зависит от того, насколько быстро решетка хможет откликаться на поляризующее воздействие электрона. Существенным является время, в течение которого в решетке атомных остовов может произойти сдвиг. Другими словами, поляризуемость решетки зависит от частоты собственных колебаний атомов. [c.267]

Значит, для обычных (близких к комнатным) температур Т< Тр. Иначе говоря, газ обобществленных электронов в металле сильно вырожден зависимость v(e) для него описывается кривой б на рис. 6.7. Это обстоятельство в сочета- [c.143]

В настоящее время известно, что необычные свойства электронов проводимости являются следствием принципа Паули, действующего в металле это заставляет применять к электронам статистику Ферми—Дирака. Заслугой Зоммерфельда [6] является то, что он первый приложил этот принцип в теории перемещения электронов в металлах. Вскоре после работы Зоммерфельда появились работы Хаустопа [7,8] и Блоха [9 —11], в которых взаимодействие между электронами и решеткой рассматривалось с квантовомеханической точки зрения, после чего началось быстрое развитие современной теории металлов. Нужно, однако, отметить, что в период между работами Друде и Лоренца и появлением теории Зоммерфельда было предложено несколько новых теорий электронной проводимости, в которых, кроме вывода различных выражений для электропроводности, теплопроводности и вездесущего числа Лоренца, делались попытки объяснить другие явления. [c.155]

Линдеман [22] в 1915 г. предложил новую концепцию состояния свободных электронов в металле. Основываясь на том факте, что по инфракрасным данным концентрация свободных электронов в металлах является величиной того же порядка, что и концентрация атомов, Линдеман пересмотрел теорию [c.156]

Минимум сопротивления при низких температурах. Среди вопросов, связанных с переносом электронов в металлах, основной проблемой, требующей теоретического объяснения, до сих пор является проблема сверхпроводимости, хотя многие считают, что Фрёлиху и Бардину удалось недавно показать, в чем заключается механизм этого явления. Однако существует и другое явление, которое до сих пор также не поддается удовлетворительному теоретическому объяснению—это впервые обнаруженный примерно 20 лет назад в Лейденскогг лаборатории минимум сопротивления, который появляется при низких температурах у некоторых металлов (фиг. 41). Постепенное возрастание сопротивления с понижением температуры кажется, на первый взгляд, гораздо менее поразительным, чем внезапное исчезновение сопротивления при переходе в сверхпроводящее состояние, однако для теоретического объяснения минимума сопротивления, по-видпмому, необходим такой же новый шаг в развитии теории, который нужен для полного объяснения явления сверхпроводимости. [c.210]

Совокупность электронов проводимости и взаимодействие электрон— электрон. В настоящее время в рассматриваемой области остались две нерешенные проблемы необходимо, во-первых, разработать более точную теорию рассеяния электронов в металлах и, во-вторых, выяснить воиросы, связанные с установлением теплового равновесия. Эти задачи нельзя рассматривать как совершенно независимые, так как обе они требуют для своего решения точного понимания особенностей поведения совокупности электронов проводимости в металле. Когда Лоренц впервые использовал методы статистики ( уравнение Больцмана ) в теории переноса электронов в металлах, он предполагал, что по сравнению с взаимодействием электронов с атомами столкновениями электрон—электрон можно пренебречь. Он писал ...мы полагаем, что преобладают соударения с атомами металла надо считать, что число таких столкновений настолько превосходит число соударений электронов друг с другом, что последними вполне можно пренебречь . [c.215]

Уравнение Больцмана для переноса электронов. Рассмотрим подробно предположения, которые были сделаны при разработке статистической теории движения электронов в металле. Предполагается, что электронный газ достаточно хорошо описывается при помощи функции распределения электронной плотности f(x,p )dxdp (для удобства рассматривается только координата х пространства и соответствующий импульс). Отметим, что таким образом мы, по существу, пренебрегаем отдельными флуктуациями. [c.217]

Зонная теория [13, 14]. Трудно ожидать, что представление о свободных электронах будет одинаково хорошим приближением для всех металлов. Соотношение (8.6), определяющее уровни энергии, справедливо лишь для частицы в поле с постоянным потенциалом, тогда как на самом деле потенциальная энергия электрона в металле не постоянна, а зависит как от строения иоиной решетки, так и от состояний других электронов. Определение ее точного вида приводх1т к задаче самосогласованного поля, подобной рассмотренной Хартри. Решение Зоммерфельда, исходившего из предположения о постоянстве потенциала, является, по сути дела, первым приближением к решению такой задачи. Второе приближение можно построить, предполагая, что потенциал, обусловленный самими электронами, постоянеп, и учитывая в уравнении Шредингера лишь иоле положительных ионов решетки. Для приближенного решения соответствующего уравнения Шредингера были предложены различные методы, позволяющие провести хотя бы качественное обсуждение поведения электронов в реальных металлах. [c.324]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...