«ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ И КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОГО ТЕЛА»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ |
6.4. Теплопроводность диэлектрических кристаллов
Как мы уже отмечали, кристалл можно считать резервуаром, наполненным своеобразным газом невзаимодействующих частиц – фононным газом. Явление теплопроводности кристаллов можно рассматривать как явление переноса энергии отдельными фононами. Вспомним, что теплопроводность для идеального газа определяется отношением: где cV – удельная теплоемкость, - плотность, - средняя скорость, - средняя длина свободного пробега. Подставив в (6.24) значения, характерные для фононного газа, получим: где (СV – молярная теплоемкость кристалла, М – молярная масса), - средняя длина свободного пробега фононов, вычисление которой представляет сложную задачу, - средняя скорость фононов. Скорость фононов - это скорость звука, т.е. скорость упругих волн в кристалле. Если иметь экспериментальные значения , CV и для кристаллов, то можно найти длину свободного пробега фононов. Так, для кварца и поваренной соли при 273 К составляет соответственно 4*10-9 и 2,3*10-9 м, а при 83 К – 5,46*10-8 и 10-9 м. Расчетные данные более или менее удовлетворительно отвечают опыту: теплопроводность кристаллов на два – три порядка превышает теплопроводность газов. Заслуживает внимания замечательный опытный факт: теплопроводность металлических кристаллов на два – три порядка превышает теплопроводность диэлектрических (при температуре порядка 300 К). Очевидно, это связано с существованием в металле электронов проводимости.
|