отношение оказалось близким к тому, чего нужно было бы ожидать для электронов.
Свойство (1) показывает, что те электроны металла, которые принимают участие в токе (так наз. электроны проводимости), обладают высокой степенью подвижности. Первая попытка детального уяснения характера их движения принадлежит Друде * (1900), взгляды которого впоследствии уточнил Лоренц (1905).
Друде предполагает, что все атомы металла (или по крайней мере значительная их доля) находятся в ионизированном состоянии, т. е. лишены одного или нескольких электронов.
Эти ионы (и атомы, оставшиеся нейтральными) образуют основной костяк кристаллической решотки металлов; они связаны друг с другом значительными силами сцепления и могут совершать только сравнительно небольшие вызванные тепловым движением колебания около своих положений равновесия. Освободившиеся же электроны являются свободными и в отсутствии внешней силы ведут себя совершенно аналогично молекулам идеального газа, т. е. движутся по прямым линиям вплоть до столкновения друг с другом или с ионами металла. Т. о. внутри металла существует как бы электронный газ (см.), наличие к-рого и делает все металлы хорошими проводниками. При отсутствии внешнего поля движение электронов носит хаотический характер (в среднем их всегда движется в одну сторону столько же, сколько в противоположную) и потому не создает тока. Внешнее электрическое поле придает всем электронам добавочную скорость в определенном направлении, вследствие чего и появляется электрический ток. При отсутствии столкновений эта добавочная скорость росла бы беспредельно, т. е. сколь угодно малое поле давало бы сколь угодно большой ток, и сопротивление металла было бы равно нулю. Наличие же столкновений существенно меняет дело, т. к. при каждом столкновении электрон теряет по крайней мере часть своей добавочной скорости и энергии, к-рая переходит в тепловое движение атомов металла. Этим объясняется т. н. Джоулево тепло, т. е. нагревание проводников током. Т. о. в металле устанавливается определенный стационарный ток конечной величины. Исходя из этих представлений, можно вычислить, какова должна быть плотность тока обусловливаемого электрическим полем Е.
Для того чтобы довести эти вычисления до конца, необходимо однако сделать некоторые предположения относительно характера движения свободных электронов при отсутствии поля. Как Друде, так и Лоренц полагали, что средняя кинетическая энергия каждого электрона, так же как и средняя кинетическая энергия иона, равна 3/2 кТ, где Т — абсолютная температура, а к — нек-рая определенная постоянная величина, носящая название постоянной Больцмана (см. Кинетическая теория газов).
Их вычисления прежде всего доказали, что j должно быть (в первом приближении) пропорционально Е; тем самым было дано теоретическое объяснение закону Ома. Это*г вывод был получен независимо от предположения о применимости классической статистики к электрон♦ Мы не упоминаем о ряде более ранних работ? Вебера (1875), Гизе (1889) и Рикке (1898), сохранивших теперь лишь исторический интерес. Самому Друде еще не был известен чисто электронный характер металлической проводимости, и он считал возможным, что в образовании тока принимают участие также и ионы.ному газу. Что же касается величины а, то* для нее была получена определенная формула, к-рую однако нельзя было проверить на опыте,, так как наряду с известными в нее входили и неизвестные величины: чи^ло электронов проводимости в единице объема и средняя длина свободного пробега электрона.
Друде указал на один остроумный косвенный метод проверки этой формулы. Известно, что все металлы, будучи хорошими проводниками электричества, вместе с тем являются хорошими проводниками тепла. Если, ‘исходя из предположения о том, что перенос тепла может осуществляться свободными электронами, вычислить коэффициент теплопроводности металла к и сравнить его с выражением для а, k то окажется, что отношение — есть величина, пропорциональная Г, причем коэффициент пропорциональности одинаков для’всех металлов. Этот вывод теории сравнительно хорошо подтверждается на опыте (см. Франца — Видемана закон); можно говорить даже о нек-ром, хотя и очень приблизительном, количественном совпадении.
Однако наряду с успехами теории Друде — Лоренца очень скоро был обнаружен ряд фактов, противоречащих ей. Прежде всего, если кинетическая энергия каждого электрона действительно в среднем такая же, как и иона, и так же зависит от температуры, то это должно сказаться при нагревании металла: значительная часть энергии должна тратиться специально на нагревание электронного газа. Иными словами, электронный газ должен обладать заметной теплоемкостью (см.). Между тем на опыте существование этой добавочной теплоемкости почти не обнаруживается. К еще более грубым противоречиям теории с опытом мы приходим в вопросе о зависимости Э. от температуры. Так напр., согласно Друде, при абсолютном нуле кинетическая энергия электрона делается равной 0, т. е. электроны «примерзают» к своим атомам, так что образование, тока делается невозможным, и мы должны иметь бесконечно большое сопротивление. Фактически же при охлаждении сопротивление стремится не к бесконечности, а к нулю. Наличие этих, а также целого ряда других противоречий с полной ясностью показывает, что представление об электронном газе, подчиняющемся классическим законам, может служить лишь первым и весьма грубым приближением к действительности. Первоначально среди физиков господствовало мнение, что основным недо»статком теории Друде является гипотеза о свободном движении электронов и что 'правильное отображение действительности можно получить только, если учесть те силы, к-рые фак; тически действуют на электроны со стороны ионов металла. На этой основе возник; ряд теорий, базирующихся на представлениях о связанных электронах (Бриджмен, Дж. Дж. Томсон, Френкель). Согласно всем этим теориям электрон в каждый данный момент времени не свободен, а принадлежит определенному атому, Э. обусловливается переходом его из данного атома в соседний.
Однако развитие физики за последнее десятилетие показало, что причиной неудач в объяснении Э. являлось незнание истинных законов, управляющих внутриатомными явлениями.
Только открытие волновой природы электрона (см. Электрон, Волны, Квантовая механика) да23*
