Img00074

2. MATERIAŁY PRZEWODZĄCE

2.1. PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE METALI

Przewodnictwo metali

2.1. Przewodniki, a więc materiały o znacznej konduktywności są zwykle metalami, które charakteryzują się przewodnictwem elektronowym. Atomy metali uwięzione w węzłach siatki krystalicznej pozbawione są elektronów walencyjnych, które tworzą wspólne dla całego ciała zbiorowisko elektronów swobodnych, określane często mianem „gazu elektronowego”. Dużą konduktywność metali tłumaczy się tym, że nie związane z atomami elektrony mogą się swobodnie poruszać w całej objętości materiału. Potwierdza to obserwacja, że już najmniejsze napięcie wywołuje przepływ prądu w przewodniku — muszą więc znajdować się w nim swobodne elektrony nawet w przypadku nieobecności pola elektrycznego, nie można bowiem przyjąć, że dopiero pojawiające się pole elektryczne odrywa elektrony od atomów.

Elektronowa teoria przewodnictwa

2.2.    Klasyczna teoria elektronowa przewodnictwa elektrycznego metali (klasyczny model Drudego, 1900 r.) zakłada, że elektrony metalu zachowują się jak cząsteczki swego rodzaju klasycznego „gazu elektronowego”, tj. przy braku pola elektrycznego można do nich stosować statystykę Maxwella-Boltzmanna.

Ruchy cieplne jonów tworzących węzły przestrzennej siatki krystalicznej mają charakter drgań wokół położeń równowagi. Ruchy cieplne swobodnych elektronów natomiast, charakteryzujące się znacznymi prędkościami, są zupełnie chaotyczne. Elektrony przemieszczają się ustawicznie wewnątrz metalu, nieustannie zmieniając kierunek ruchu wskutek zderzeń z innymi elektronami i jonami siatki krystalicznej metalu. Ciągła wymiana pędów i energii między zderzającymi się naładowanymi cząsteczkami prowadzi do ustalenia się, podobnie jak w klasycznym gazie, rozkładu prędkości i energii, zwanego rozkładem Maxwella.

2.3.    Pod wpływem napięcia przyłożonego z zewnątrz do metalu powstaje w nim pole elektryczne, które zakłóca makswelowski rozkład prędkości elektronów. Na chaotyczny ruch cieplny nakłada się znacznie powolniejszy uporządkowany ruch elektronów,