Wiedemann-Franz法律是与之相关的法律导热系数(κ)和导电性(σ)由稍微自由移动的电子组成的材料。
- 导热系数(κ):它是材料导热能力的程度(单位)。
- 电导率(σ):它是材料导电能力的程度(单位)。
在金属中;当温度增加时,自由电子的速度增加并且导致热传递的增加,并且还增加了格子离子和自由电子之间的碰撞。这导致导电率下降。
法律定义了材料对材料的导热率的电子作用与材料(金属)的导电率的比率直接相对于温度。
此法律以后命名Gustav Wiedemann.和鲁道夫弗兰兹1853年报告说,比率在相同温度下具有或多或少具有不同金属的相似值。
衍生法律
为此,我们必须假设材料是均匀各向同性的。然后,这种材料受到温度梯度的影响。热流的方向通过导电介质一直与温度梯度的方向相反。
在单位时间内,单位面积内通过物质的热量就是热流。它将正比于温度梯度。
K→导热系数(W / MK)
K = K.声子+ K.电子;由于由于声子和电子而在固体中转移了固体。
现在,我们可以导出导热系数的表达。
为此,我们必须假设热量从较高的温度从更高的温度降低到具有温度梯度的金属板中。
CV.→特定热量
n→每单位体积的粒子数
λ→平均自由碰撞路径
V→电子速度
比较方程(1)和(2),我们得到
我们知道自由电子的能量是
我们将等式(4)置于(3)中
现在,在恒定体积处的理想气体的比热量,
当我们放入(6)中的等式(8)时,我们得到
接下来,我们可以考虑具有应用的金属的电流密度电场,E(图1)
j =σe;欧姆法律
所以,正确的形式欧姆法律是(谁)给的
有一个平均自由路径和碰撞之间的平均时间。
E→电荷电荷= 1.602×10-9C
τ→碰撞时间或平均时间:它是电子在散射之前移动或行驶的平均时间。
V.D.→漂移速度:它是碰撞时间期间电子的标准速度。
当我们放入(10)中的等式(11)时,我们得到导电性(雨水电导率)
考虑在没有任何电气场的情况下移动在金属中的电子。然后ecipartition定理由
从等式(13),我们得到m
现在,我们在(12)中放置公式(14)
由式(6)(15)得到K和σ的值。
现在,我们可以采取比率
我们假设v = vD.,然后等式(16)变成
从这里,我们可以说比率所有金属相似。它也是温度的函数。本法被称为Wiedemann-Franz洛伦兹定律。我们可以得出最优秀的电导机将是最好的热导体。
Wiedemann Franz法的局限性
- 所有材料的L值不一样。
- 本法对中间温度无效。
- 在纯金属中,σ和κ都随着温度降低而增加。