Վիդեման-Ֆրանցի օրենք

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Jump to navigation Jump to search
Վիդեման-Ֆրանցի փորձի սարքի նկարը 1853 թ․ հրապարակված աշխատությունից։

Վիդեման-Ֆրանցի օրենք, ֆիզիկական օրենք, ըստ որի՝ մետաղներում ջերմահաղորդականության գործակցի (կամ ջերմահաղորդականության թենզորի) և տեսակարար էլեկտրահաղորդականության (կամ հաղորդականության թենզորի) հարաբերությունը ուղիղ համեմատական է ջերմաստիճանին[1]։ Փորձերի հիման վրա 1853 թվականին ստացել են գերմանացի ֆիզիկոսներ Գ․ Վիդեմանը (G․ Wiedemann, 1826—1899) և Ռ․ Ֆրանցը (R․ Franz, 1827—1902), ով 1853 թ․ հայտնեց, որ այդ հարաբերությունը տարբեր մետաղների համար նույն ջերմաստիճանում մոտավորապես նույն արժեքն ունի[2]։

Նկարագրությունը[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Վիդեման-Ֆրանցի օրենքի համաձայն, ոչ շատ ցածր ջերմաստիճաններում մետաղների ջերմահաղորդականության (α) և էլեկտրահաղորդականության (σ) գործակիցների հարաբերությունը համեմատական է բացարձակ ջերմաստիճանին՝

,

ընդ որում համեմատաբանության Լ գործակիցը, որը չափել է Լյուդվիգ Լորենցը 1882 թ., ունիվերսալ հաստատուն է և նույնն է բոլոր մետաղների համար։ Այն կոչվում է Լորենցի թիվ, իսկ Վիդեման-Ֆրանցի օրենքը երբեմն անվանում են Վիդեման-Ֆրանց-Լորենցի օրենք։

Էլեկտրական հաղորդականության և ջերմոահաղորդականության փոխադարձ կապը բացատրվում է այն փաստով, որ մետաղներում այդ երկու հատկություններն էլ պայմանավորված են ազատ էլեկտրոնների շարժումով։

Ջերմահաղորդականության գործակիցը աճում է մասնիկների միջին արագության աճի հետ, քանի որ արագանում է էներգիայի հաղորդումը։ Էլեկտրահաղորդականությունը, ընդհակառակը, նվազում է, քանի որ մասնիկների մեծ արագությունների դեպքում բախումներն էապես դժվարացնում են էներգիայի փոխադրումը։

Կիրառելով գազերի դասական կինետիկական տեսությունը, Պաուլ Դրուդեն ստացավ գործակցի արժեքը.

,

որտեղ Բոլցմանի հաստատունն է, -ն՝ էլեկտրոնի լիցքը։

Սկզբնական հաշվարկում Դրուդեն սխալվեց երկու անգամ, ընդ որում ստանալով մեծության ճիշտ կարգը։ Փաստացի, դասական վիճակագրությունը տալիս է

արդյունքը։ Փորձի հետ լավ համաձայնեցվող արժեք գործակցի համար ստացավ Զոմմերֆելդը.

:

Վիդեման֊-Ֆրանցի օրենքը ազատ էլեկտրոնների տեսության հաղթանակը դարձավ։

Ցածր ջերմաստիճանների դեպքը[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Էլեկտրոնային գազի մոդելի վրա հիմնված տեսությունն ապացուցում է L=α/σT հարաբերության հաստատունության օրենքը։ Այսպես, էլեկտրոնային գազի խիստ այլասերման դեպքում L=π2/3 (kB/e)2 (kBԲոլցմանի հաստատունն է, e-ն՝ էլեկտրոնի լիցքը), և դրա թվային արժեքը՝ L= 2.45×10−8 վտ·օմ·աստ−2, ճիշտ համընկնում է փորձի արդյունքներին։ Ճշգրիտ հաշվումները ցույց են տվել, որ α-ի և σ-ի կապը կախված չէ իմպուլսային տարածությունում իզոէներգիական մակերևույթների մանրամասն ձևից և ուղղակի հետևանք է այն ենթադրության, որ երկու պրոցեսներն էլ (ջերմահաղորդականության և էլեկտրահաղորդականության) բնութագրվում են ռելաքսացիայի միևնույն ժամանակով։ Այդ իսկ պատճառով ցածր ջերմաստիճաններում (T<θ, θ-ն Դեբայի ջերմաստիճանն է) մաքուր մետաղներում, որտեղ լիցքակիրների ցրումը պայմանավորված է ֆոնոններով, Վիդեման-Ֆրանցի օրենքը խախտվում է (նկատվում է Լ-ի նվազում)։ Սակայն շատ ցածր ջերմաստիճաններում, երբ ցրումը հիմնականում պայմանավորվում է ստատիկ բյուրեղային արատներով, α/σT հարաբերությունը նորից ճշգրիտ որոշվում է Լորենցի թվով։

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. Jones William, March, Norman H. (1985)։ Theoretical Solid State Physics։ Courier Dover Publications։ ISBN 0-486-65016-2 
  2. Franz R., Wiedemann, G. (1853)։ «Ueber die Wärme-Leitungsfähigkeit der Metalle»։ Annalen der Physik (German) 165 (8): 497–531։ Bibcode:1853AnP...165..497F։ doi:10.1002/andp.18531650802 

Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  • Калашников С. Г., Электричество. — 6-е изд., стереот. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. — 624 с — ISBN 5-9221-0312-1;
  • Сивухин Д. В., Общий курс физики. В 5 т. Т III. Электричество. — М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2004. — 654 с — ISBN 5-9221-0227-3.
  • Ашкрофт Н., Мермин Н., Физика твердого тела.
Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 11, էջ 423 CC-BY-SA-icon-80x15.png