|
Issiqlik oʻtkazuvchanlik.
Qattiq jismlarda issiqlik energiyasi fononlarning, erkin elektron va kovaklarning, eksitonlar yoki fotonlarning harakati tufayli uzatilishi mumkin. Bunda issiqlik uzatishda asosan fononlarning harakati asosiy rolni oʻynaydi va bu fizik jihatdan quyidagicha tushuntirilishi mumkin. Jismning qandaydir qisminining temperaturasining oshishi bu sohadagi panjara atomlarining muvaznat vaziyatlari atrofidagi tebranishlari amplitudasining ortishi bilan bogʻlangan. Atomlar orasidagi bogʻlanish kuchlari hisobidan qoʻshni atomlar tebranishlarining kuchayishi yuz beriadi va bu issiqlikning tarqalishiga ekvivaletdir. Bunday mexanizim dielektriklar uchun deyari yagona mexanizm boʻlib hisoblanadi. Metallarda esa issiqlik oʻtkazuvchanlikga butun kristall boʻylab harakat qilaoladigan erkin elektronlar sezilarli hissa qoʻshadi. Yuqori temperaturalarda esa issiqlik oʻtkazuvchanlikning foton mexanizmi boʻlishi mumkin.
Gazlar kinetik nazariyasida issiqlik oʻtkazuvchanlik koyeffisiyenti quyidagi ifoda bilan ifodalanadi.
(1.28)
bu yerda –issiqlik sigʻimi, –zarralar oʻrtacha tezligi; –zarraning oʻrtacha erkin yugurish yoʻli. Debay koʻrsatganidek (1.28)–ifodani qattiq jismlarning fononlar harakati bilan bogʻliq boʻlgan issiqlik oʻtkazuvchanligini hisoblash uchun foydalanish mumkin. Bunda –fononlar miqdoriga bogʻliq boʻlgan panjara issiqlik sigʻimi, – fononlar tezligi (yoki tovush tezligi); –fononlarning oʻrtacha erkin yugurish yoʻli.
–ni aniqlash ancha murakkab masala boʻlib hisoblanadi. Taqribiy nazariy hisoblashlar va tajriba natijalari juda past temperaturalarda santimetrning ulushlarida, erish temperaturasi atrofida esa bir necha atom orasidagi masofalargacha kamayishini koʻrsatadi. Past haroratlarda yuqori haroratlarda esa ga proporsional. Temperaturaning oshishi bilan ning kamayishi toʻqnashuvchi fononlar sonining oshishi bilan bogʻliq boʻladi. boʻlganda fononlarning soni taqriban T ga proporsional va shuning uchun boʻladi.
Fononlarning oʻzaro toʻqnashishlari bilan birgalikda fononlarning kristall panjara nuqsonlarida sochilishi ham muhim ahamiyatga ega. Nuqsonlar sonining oshishi ning qiymatini cheklaydi, xususan temperaturaning sezilarli pasayishlarida u qonun boʻyicha cheksiz oshmasdan, aksincha doimiy qolib, nuqsonlar miqdori va ularning joylashishi bilan aniqlanadi. Kristall oʻlchamlari kichik boʻlganda, uning oʻlchamlari bilan chegaralanadi va shuning uchun bunday kristallarning issiqlik oʻtkazuvchanligi ularning chiziqli oʻlchamlariga sezilarli bogʻliq boʻladi. K ning temperaturaga bogʻliqligi 1.11 –rasmda keltirilgan.
Issiqlik oʻtkazuvchanlik koyeffisiyenti koʻpaytma bilan aniqlanadi va yuqori haraoratlarda, doimiy boʻlganda doimiy, fononlarning oʻrtacha erkin yugurish yoʻli doimiy boʻlganligi uchun, boʻladi va bunda past haroratlarda va boʻlganligi uchun boʻladi.
Elektronlarning metallar issiqlik oʻtkazuvchanligiga hissasi toʻliq issiqlik oʻtkazuvchanlikning 90% dan katta boʻlishi mumkin. Kristall boʻylab harakatlanayotgan elektronlar, nuqsonlar va fononlar bilan toʻqnashib energiya alamashadilar. Aralashmalar va boshqa nuqsonlar sonining oshishi issiqlik oʻtkazuvchanlikning elektron tashkil etuvchisining rolini kamaytiradi. Erkin zaryad tashuvchilar konsentrasiyasi kichik boʻlgan yarim oʻtkazgichlarda, ularning issiqlik oʻtkazuvchanligiga hissasini hisobga olmasa ham boʻladi (zaryad tashuvchilar konsentrasiyasi sezilarli oshadigan yetralicha yuqori temperaturalardan boshqa temperaturalarda).
Metallardagi elektronlar gazining isssiqlik oʻtkazuvchanlik koyeffisiyenti quyidagi formula yordamida aniqlanadi.
(1.16)
bu yerda, elektronlar issiqlik sigʻimi, elektronlarning oʻrtacha tezligi, elektronlarning oʻrtacha yugurish yoʻli.
Shuni hisobga olish kerakki, issiqlik uzatishda energiyasi Fermi energiyasi yaqin boʻlgan elektronlargina qatnashishlari mumkin. Temperaturaning oshishi bilan kamayadi, chunki bunda panjara issiqlik tebranishlari va elektronlarni sochuvchi fononlar soni ortadi ( ammo bunda har bir elektron olib oʻtadigan oʻrtacha energiya oshganligi uchun ) umumiy holda issiqlik oʻtkazuvchanlikning elektron tashki etuvchisi temperaturaning keng intervalda deyarli oʻzgarmaydi.
Yuqori temperaturalarda issiqlik oʻtkazishga infraqizil nurlaniish fononlari sezilarli hissa qoʻshadi. Bu mehanizm metall qattiq jismlar uchun muhim ahamiyat kasb etadi. Fononlar hisobidan issiqlikning oʻtkazuvchanlik koyeffisiyenti
(1.17)
Bu yerda sindirish koʻrsatgichi, Stefan-Bolsman doimiysi, fotonlarning erkin yugirish yoʻli.
Do'stlaringiz bilan baham: | 
