2.4 Электрическая проводимость

Проводимость электричества в веществах обусловливается движением заряженных частиц – электронов или ионов, и ее величина зависит от количества носителей заряда и их подвижности.

Механизм проводимости в металлических расплавах принципиально не отличается от механизма проводимости твердых металлов.

В СИ единица измерения удельной электрической проводимости к (Ом*м)^-1. Определяется буквойк.

Носителями тока в металлах являются валентные электроны, число которых может быть равно, больше или меньше числа атомов в данном объеме металла.

Подвижность электронов в металлах определяется, в основном, величиной их свободного пробега, которая в свою очередь зависит о рассеяния электронов.

В квантовой теории проводимости электрон рассматривается как частица, обладающая волновыми свойствами, а движение электронов проводимости через металл – как процесс распространения электронных волн.

Рассеяние электронных волн вызывается искажениями в решетке металла, причем эти дефекты должны по размерам превосходить длину электронной волны. Центрами рассеяния в первую очередь являются искажения решетки, возникающие вследствие колебания ее узлов. Так как электроны проводимости образуют вырожденный электронный газ, то средняя скорость теплового движения электронов практически не зависит от температуры. В то же время длина свободного пробега электронов обратно пропорциональна абсолютной температуре. Поэтому подвижность электронов в металлах, а следовательно, и электрическая проводимость оказывается также обратно пропорциональной температуре.

Другими источниками рассеяния электронных волн будут являться примеси в металлах. При наличии примесей теряется периодичность решетки, происходит ее искажение, что естественно, тормозит распространение электронных волн.

2.5 Теплопроводность

Перенос тепла в металлах осуществляется свободными электронами и упругими колебаниями кристаллической решетки. Таким образом, коэффициент теплопроводности λ слагается из коэффициента теплопроводности решетки и коэффициента теплопроводности электронного газа: , где λ_реши – λ_эрешеточная фононная и электронная составляющая, причем при обычных температурах λ_э>> λ_реш. В процессе теплопереноса каждый электрон при наличии градиента температуры переносит энергиюkТ, благодаря чему отношение λ_эк электрической проводимостиkв широком интервале температур пропорционально температуре (закон Видемана-Франца-Лоренца:, гдеL– постоянная Лоренца). Для жидких металлов этот закон в точности не соблюдается (как в случае твердых тел), так как электрическая проводимость изменяется при плавлении меньше, чем теплопроводность. Единица измерения теплопроводности λ в СИ – Дж/(м*с*К).

2.6 Магнитная восприимчивость

Магнитная восприимчивость χ – величина, характеризующая связь намагниченности вещества J(А/м) с магнитным полем Н (А/м) в этом веществе. В статических магнитных полях восприимчивость равна, где χ – величина безразмерная. Магнитная восприимчивость, рассчитанная на единицу массы (1 кг или 1г), называется удельной:.

Магнитные свойства жидких металлов обусловлены магнитным моментом движущегося электрона. Ценность магнитных измерений для теории жидкого состояния заключается в том, что с их помощью можно проследить за изменением числа свободных электронов, так как при высоких температурах магнитная восприимчивость определяется в основном числом свободных электронов.