Электротехническое материаловедение. Агеева Н.Д - 57 стр.

      Теория кинетических явлений в металлах может объяснить форму за-
висимостей кинетических коэффициентов от температуры, давления и дру-
гих факторов, с ее помощью также можно вычислить и их значения. Для это-
го рассмотрим внутреннее строение металлов.
      Фундаментальная идея этого раздела физики возникла на рубеже 19 –
20 го столетия: атомы металла ионизированы, а отделившиеся от них валент-
ные электроны свободны, т. е. принадлежат всему кристаллу. Ионы строго
упорядочены, образуют правильную кристаллическую решетку; их взаимо-
действие с отрицательно заряженным облаком свободных электронов такое,
что делает кристалл стабильным, устойчивым образованием. Наличие сво-
бодных электронов хорошо объясняет высокую электропроводность метал-
лов, а их делокализация обеспечивает высокую пластичность. Значит, наибо-
лее характерной особенностью внутреннего строения металлических провод-
ников является наличие коллективизированных электронов, что подтвержда-
ет их электронное строение. В ее простейшей модели совокупность коллек-
тивизированных электронов объясняют как электронный газ, в котором час-
тицы находятся в хаотическом тепловом движении. Равновесие устанавлива-
ется (если пренебречь столкновениями между электронами) за счет столкно-
вения электронов с ионами. Поскольку тепловое движение полностью не
упорядочено, то, несмотря на заряженность электронов, тока в цепи (макро-
скопического) не наблюдается. Если к проводнику приложить внешнее элек-
трическое поле, то свободные электроны, получив ускорение, выстраиваются
в упорядоченную составляющую, которая ориентирована вдоль поля. По-
скольку ионы в узлах решетки неподвижны, упорядоченность в движении
электронов проявится макроскопическим электрическим током. Удельная
проводимость в этом случае может быть выражена с учетом средней длины
свободного пробега λ электрона в ускоряющем поле напряженностью Е:
                   λ = е Е τ / (2 m) как γ = е2 n λ / (2 m vτ),
где е - заряд электрона; n - число свободных электронов в единице объема
металла; λ - средняя длина свободного пробега электрона между двумя со-
ударениями; m - масса электрона; v τ- средняя скорость теплового движения
свободного электрона в металле.
      С учетом положений квантовой механики
                                  γ = К п2/3 / λ ,
где К - числовой коэффициент.
      Диапазон удельных сопротивлений металлических проводников при
нормальной температуре занимает всего три порядка. Для различных метал-
лов скорости хаотического теплового движения электронов при определен-
ной температуре примерно одинаковы. Концентрации свободных электронов
различаются незначительно, поэтому значение удельного сопротивления в
основном зависит от средней длины свободного пробега электронов в данном
проводнике, а она определяется структурой материала проводника. Все чис-
тые металлы с наиболее правильной кристаллической решеткой имеют ми-