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文档简介

第一章金属自由电子气体模型 第一节模型及基态性质 第二节自由电子气体的热性质 第三节泡利顺磁性 第四节电场中的自由电子 第五节光学性质 第六节霍尔效应和磁电阻 第七节金属的热导率 第八节自由电子气体模型的局限性 由于固体是包含1023个粒子的复杂的多体系统 所以必须对这个复杂体系简化处理 金属自由电子气体模型是如何抓主要矛盾 建立模型的呢 还有为什么首先从金属开始考虑呢 简化处理总的原则 抓主要矛盾 建立模型 首先我们解释为什么从金属开始考虑 固态的纯元素中三分之二以上是金属 金属的优良性质使之成为重要的实用材料 导电 导热 易加工 金属光泽等现象的解释 金属自由电子气体模型分为两种 经典的金属自由电子气体模型和量子的金属自由电子气体模型 原子 离子实 价电子 背景 人类对于火的最早使用 导致了热力学的建立和发展 1870年前后 玻尔兹曼 麦克斯韦等人建立了气体分子运动论的统计理论 1897年汤姆逊 Thomson 发现了电子 使得人们可以进一步把组成固体的原子分为离子实 ioncore 和价电子 valenceelectron 基于以上的背景 导致了1900年特鲁德 Drude 建立了经典的金属自由电子气体模型 洛仑兹的经典自由电子论 2 成就 定性解释了 a 欧姆定律 金属的导电 导热性 1 模型 认为金属中的价电子离开金属中的原子而自由地运动着 b 维德曼 夫兰兹定律 Weideman Franlz 3 发展 1904年洛仑兹发展了这个理论 认为金属中的电子不仅是自由的 而且遵守麦 玻统计规律 同时认为电子和金属离子的碰撞是弹性的 从而半定性地解释上述问题 b 根据这个理论得出的自由电子的顺磁磁化率和温度成正比 但实验证明 自由电子的顺磁磁化率几乎与温度无关 第三节 4 困难 a 根据经典统计的能量均分定理 N个价电子的电子气有3N个自由度 它们对热容的贡献为3NkB 2 但对大多数金属 实验值仅为这个理论值的1 为解决这些困难 在1926年 费米 狄拉克统计理论和量子力学建立以后 经典的自由电子气体模型发展成为索末菲 Somerfield 的量子的金属自由电子气体模型 这就是本章要讲的内容 从量子的金属自由电子气体模型及其基态性质开始 随后讨论自由电子气体的热性质 泡利顺磁性 准经典模型和自由电子气体的输运性质 最后 给出该模型的不足之处和解决方案 本章重点 2 金属自由电子气体模型的成就和不足 1 金属自由电子气
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