10.6.1. Типичные свойства металлов

1. В изотермических условиях в металлах выполняется закон Ома

,

(10.35)

где  − плотность тока ,  − напряженность электрического поля, s − электропроводность .

2. Большинство металлов при комнатной температуре обладает электропроводностью , тогда как типичные значения этой величины для полупроводников , а для диэлектриков около .

3. Характерное свойство металлов – высокая электронная теплопроводность . В 1853 году был открыт закон Видемана и Франца: для различных металлов при данной температуре отношения электронной теплопроводности к электропроводности  совпадают. При нормальных температурах электронная теплопроводность практически не зависит от температуры, но электропроводность s обратно пропорциональна температуре (1/T). В 1881 году Лоренц заметил, что отношение g_е/(sT) не зависит от температуры и имеет одинаковую величину для многих металлов. Поэтому величину  называют числом Лоренца (табл. 10.2 [92]).

 

Таблица 10.2

Значение числа Лоренца при 273 К

4. Если металл охлаждать ниже дебаевской характеристической температуры (Q_D), то наблюдается рост  и еще более крутой рост s. Для меди и некоторых других одновалентных металлов на самом крутом участке электропроводность обратно пропорциональна пятой степени температуры s ~ 1/T⁵.

5. При достаточно низкой температуре электропроводимость достигает насыщения. Ее значение при этом определяется количеством дефектов в решетке и примесей. Удельное сопротивление часто подчиняется правилу Матиссена, согласно которому вклад в электропроводность, вносимый примесями и дефектами (), одинаков при всех температурах.

,

(10.36)

где  − электропроводность бездефектного металла. Этот вклад может наблюдаться только при очень низких температурах, когда 1/s_чист->0.

6. В ферромагнитных металлах и сплавах, обладающих спонтанным магнитным моментом, даже при нулевом внешнем магнитном поле упорядочение электронных спинов и магнитных моментов также дает вклад в электрическое удельное сопротивление.

7. Примерно половина металлов при температурах близких к абсолютному нулю становится сверхпроводниками.

8. Газ свободных электронов обладает небольшой удельной теплоемкостью C_V, которая пропорциональна температурам, и очень малой магнитной восприимчивостью, которая не зависит от температур.

9. При наличии комбинации электрического, магнитного и температурного градиентов возникают различные термо-гальвано-магнитные эффекты. Свойства эти являются тензорными.

10. В очень чистых монокристаллах, помещенных в сильные магнитные поля, проявляется осцилляция магнетосопротивления в зависимости от напряженности магнитного поля ().