第2讲、金属自由电子气的 Drude模型 1、模型的建立—基本假定及其合理性 1.模型的建立—基本假定及其合理性 ·为什么研究国体从金属开始 2.金属电导率 最基本物质状态之 期表中有3属于金 3.电子气的热传导 4. Wiedemann- franz定律 #比如,电导、热导、光泽、延展等性能很早开始 广泛应用 5.Drud模型的局限 ·区分非金属,实际上也是从理解金属开始 6.国体的微观描写 当时已经知道很多其他固体所没有的金属性质 专题1:代替引论。完整的模型建立过程 ·这些性质很多已经育应用,亟需知道其之所以有这 何根据已知的物理现象,可供使用的物理理 些性质的原因 和敷学工具,建立模型、对比实验 修正模型—过程比结论更重要 中424132 inche 学 即∥45.24l32che 体理学 金属知多少? 273K373K 从这些现象得到的对金属的认识 ·好的导电体、导热山|an1|1210324 少良好导电体、导热体? A237214230219 组成金属的原子大多位于周期表左边 与温度有关 Fe|080261073288 #金属原子容易失去价电子 延展性、可塑性 金属电导和热传导可能是价电子起作用? 金属光泽? Cu3.52.203.82229 ·→延展性、可塑性? Wiedemann-Franzt Ag.182.314..38 ·与组成金属的原子之闻的相互结合的方式有关 律(1853) Pb0.382640.352.53 #合没有方向性,区别于共价健,金属键(?) 当时热传导在应用上比[B093s|0s35 金属健—形隶地说,价电子形成负电背 景,正电荷镶嵌其中,库仑作用的结合 电导更重要,但测量很 #金属的结构几乎都有相对较高的配位数(?)→ 十配位教—形象地说,就是厚子周国最拿近 该原子的原子的个(晶体结构中将涉及 h即的45.24.132 inche 是学 体理学 金属中电子行为的推测 当时可供使用的物理工具? 金属特点 1897年 Thomson的电子论 价电子可以活动的区域较力 一个转折点 比如,L原子间距3A,而原子半径0.5A(?) →原子核小分布很稀 ° Paul Karl Ludwig Drude(18631906)意识到 金属的导电(热)性质可能与电子有关 →因此,价电子活动空间大 电子:東缚?自由? 分析小推测→图象(要能够自圆其说? #电子对导热有贡献有何根据 芯电子行为:束集在原子周感形成离子实,不参 1900年物理学的状况? 量子力学还处于萌芽状态 只有经典物理,连原子结构的正确理论尚未立 #但当时,理想气体的运动学理论已经非常成功 p: 10.45.24.132/-igcher 是学 h趣的良45.24I32che 体理学1 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 1 第2讲、金属自由电子气的Drude模型 1. 模型的建立——基本假定及其合理性 2. 金属电导率 3. 电子气的热传导 4. Wiedemann-Franz定律 5. Drude模型的局限 6. 固体的微观描写 专题1：代替引论。完整的模型建立过程——如 何根据已知的物理现象，可供使用的物理理 论和数学工具，建立模型、对比实验、验证 并修正模型——过程比结论更重要 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 2 1、模型的建立——基本假定及其合理性 • 为什么研究固体从金属开始？ * 最基本物质状态之一，元素周期表中有2/3属于金 属，应用很广泛，当时对金属的了解比其他固体多 # 比如，电导、热导、光泽、延展等性能很早开始 就被广泛应用 * 区分非金属，实际上也是从理解金属开始 • 当时已经知道很多其他固体所没有的金属性质 * 这些性质很多已经有应用，亟需知道其之所以有这 些性质的原因 Æ那么，当时对金属所知有多少？ http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 3 金属知多少？ • 良好的导电体、导热 体 * 与温度有关 • 延展性、可塑性 * 金属光泽？ • Wiedemann-Franz定 律（1853） * 当时热传导在应用上比 电导更重要，但测量很 困难 = LT σ κ ΩK-2 L:10 κ:W cm-1 K-1 -8W Bi 0.09 3.53 0.08 3.35 Pb 0.38 2.64 0.35 2.53 Ag 4.18 2.31 4.17 2.38 Cu 3.85 2.20 3.82 2.29 Fe 0.80 2.61 0.73 2.88 Al 2.37 2.14 2.30 2.19 Li 0.71 2.22 0.73 2.43 κ L κ L 273 K 373 K http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 4 从这些现象得到的对金属的认识 • Æ良好导电体、导热体？ * 组成金属的原子大多位于周期表左边 Æ # 金属原子容易失去价电子Æ # 金属电导和热传导可能是价电子起作用？ • Æ延展性、可塑性？ * 与组成金属的原子之间的相互结合的方式有关Æ # 结合没有方向性，区别于共价键，金属键(?)Æ † 金属键——形象地说，价电子形成负电背 景，正电荷镶嵌其中，库仑作用的结合 # 金属的结构几乎都有相对较高的配位数(?)Æ † 配位数——形象地说，就是原子周围最靠近 该原子的原子的个数（晶体结构中将涉及） http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 5 金属中电子行为的推测 • 金属特点 * 价电子可以活动的区域较大 Æ比如，Li原子间距3A，而原子半径0.5A（？） Æ原子核小分布很稀 Æ因此，价电子活动空间大 † 价电子：束缚？自由？ • 分析Æ推测Æ图象（要能够自圆其说？） * 芯电子行为：束缚在原子核周围形成离子实，不参 与导电 * 价电子行为：核对它们的吸引力弱，可以离开核的 束缚，可以自由地在整个金属中移动，这部分电子 参与导电 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 6 当时可供使用的物理工具？ • 1897年Thomsom的电子论 * 一个转折点 * Paul Karl Ludwig Drude（1863——1906）意识到 金属的导电（热）性质可能与电子有关 * 当然也可以质疑这种猜测 # 电子对导热有贡献有何根据？ • 1900年物理学的状况？ * 量子力学还处于萌芽状态 * 只有经典物理，连原子结构的正确理论尚未建立 # 但当时，理想气体的运动学理论已经非常成功！