Электрический ток в металлах

Что является носителем заряда в металлах?

В течение длительного времени (t > 1 года) пропускался большой ток (I = 10 А)

Ток в металлах не связан с переносом ионов кристаллической решетки

Массы цилиндров не изменились

2)  Опыт Толмэна-Стюарта (1916 г.)

S - площадь поперечного сечения проволоки;
l - ее длина.

Изменение энергии частиц идет на выделение джоулевого тепла в проводнике:

Отсюда: -ml·dv=q0R·dq

где dv=0-v; dq=q-0=q

Что практически совпадает с удельным зарядом электрона:

Классическая Электронная Теория электорпроводимости металлов (теория Друде-Лоренца)
КЭТ

Согласно КЭТ свободные электроны в металлах движутся и взаимодействуют с ионами кристаллической решетки подобно молекулам идеального газа. Они образуют электронный газ. Для электронного газа справедливы те же статистические закономерности, что и для идеального газа.

1. Закон Ома.
Средняя скорость направленного движения электронов в металле равна его средней арифметической скорости за время свободного пробега τ:

Обозначим удельную проводимость вещества γ

Тогда

j = γE

С учетом

Выделяющаяся в проводнике теплота определяется потерями кинетической энергии всеми N электронами проводимости: Q = NΔWk = nVΔWk

Удельная тепловая мощность:

w = γE2

Закон Фурье для теплопроводности:

1. Температурная зависимость сопротивления.

По КЭТ должно быть
КЭТ

Однако из опыта известно, что , т. е.
ОПЫТ!

Обладая тепловой энергией, электронный газ должен вносить вклад в теплоемкость кристалла. Теплоемкость металла складывается из теплоемкости кристаллической решетки и теплоемкости электронного газа.

Но согласно эмпирическому закону Дюлонга-Пти:

Следовательно, наличие электронного газа никак не сказывается на значении теплоемкости металлов, что необъяснимо в рамках классической теории

4. Коэффициент в законе Видемана-Франца.

Значение коэффициента , полученного Друде, оказалось близким к экспериментальным данным.
Лоренц попробовал уточнить его, учтя максвелловское распределение молекул по скоростям и получил ,
что еще хуже согласуется с опытом.

Сейчас мы знаем, что истинное значение

Тем не менее, в большинстве случаев классическая электронная теория электропроводности металлов дает правильные результаты, являясь в то же время более простой и наглядной, чем квантовая механика.