德鲁德模型
德鲁德模型
电传导的德鲁德模型在1900年由保罗・德鲁德提出,以解释电子在物质(特别是金属)中的输运性质。这个模型是分子运动论的一个应用,假设了电子在固体中的微观表现可以用经典的方法处理,很像一个钉球机,其中电子不断在较重的、相对固定的阳离子之间来回反弹。
基本概念
电传导的德鲁德模型在1900年由保罗·德鲁德提出,以解释电子在物质(特别是金属)中的输运性质。
德鲁德模型的两个最重要的结果是电子的运动方程
以及电流密度电场之间的线性关系
在这里,代表时间,和分别代表电子动量、电荷、数密度、质量,以及与离子碰撞之间的平均自由时间。后一个表达式尤其重要,因为它用半定量的术语解释了为什么欧姆定律电磁学中最普遍存在的一个关系,应该是正确的。
直流电场和时变分析
在直流电场下,德鲁德模型假设电场是均匀且恒定的,且电子的热速度足够大,使得它们在碰撞之间仅积累了无穷小的动量,这平均每隔秒发生一次。电子的运动也可以通过引入一个有效的阻力来描述,其中电子的平均动量可以用非齐次微分方程来表达。在时变分析中,德鲁德模型预言了在角频率为的时变电场下的电流响应,其中电流密度与电场的关系可以用复电导率来描述,表明电流会落后于电场,这是由于电子需要时间来对电场的变化作出响应。
模型的准确性
这个简单、经典的德鲁德模型提供了金属中的直流电交流电传导、霍尔效应,以及热传导的非常好的解释。这个模型也解释了1853年发现的魏德曼-弗朗茨定律。然而,它大大高估了金属的电子热容。实际上,金属和绝缘体在常温下的热容大致上相等。虽然模型可以应用于正电荷(空穴载流子,像霍尔效应所验证的那样,但并不证明其存在。德鲁德在最初的论文中犯了一个概念性的错误,他估计电导率仅有实际值的一半。
参考资料
目录
概述
基本概念
直流电场和时变分析
模型的准确性
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