Τι είναι οι υποθέσεις της θεωρίας των ελεύθερων ηλεκτρονίων;

Ελεύθερη θεωρία ηλεκτρονίων υποθέσεις:

Η ελεύθερη θεωρία ηλεκτρονίων, γνωστή και ως μοντέλο Drude, είναι ένα απλοποιημένο μοντέλο που χρησιμοποιείται για να εξηγήσει την ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα των μετάλλων. Κάνει αρκετές υποθέσεις, οι οποίες είναι:

1. Δωρεάν ηλεκτρόνια:

* Τα άτομα μετάλλων θεωρούνται ότι έχουν χαλαρά δεσμευμένα εξωτερικά ηλεκτρόνια, τα οποία μπορούν εύκολα να αποσπαστούν από το άτομο και να μετακινηθούν ελεύθερα σε όλο το μέταλλο. Αυτά τα ηλεκτρόνια ονομάζονται "ελεύθερα ηλεκτρόνια".

* Τα θετικά ιόντα του μετάλλου θεωρούνται σταθερά σε δομή πλέγματος. Αυτό υποθέτει ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ των ιόντων είναι αρκετά ισχυρή ώστε να τους κρατάει σε σταθερή ρύθμιση.

2. Κλασική κίνηση:

* Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια αντιμετωπίζονται ως κλασικά σωματίδια, υπακούοντας στους νόμους κίνησης του Νεύτωνα. Αυτό σημαίνει ότι η κίνηση τους διέπεται από την κλασσική φυσική και όχι την κβαντική μηχανική.

* Τα ηλεκτρόνια υποτίθεται ότι μετακινούνται τυχαία, χωρίς προτιμώμενη κατεύθυνση, ελλείψει εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου.

3. Συγκρούσεις:

* Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια συγκρούονται με τα θετικά ιόντα του πλέγματος. Αυτές οι συγκρούσεις υποτίθεται ότι είναι απόλυτα ελαστικές, που σημαίνει ότι δεν έχει χαθεί καμία ενέργεια. Αυτή είναι μια απλούστευση, καθώς οι πραγματικές συγκρούσεις δεν είναι απόλυτα ελαστικές.

4. Μέση δωρεάν διαδρομή:

* Τα ηλεκτρόνια υποτίθεται ότι ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές μεταξύ συγκρούσεων, με μια σταθερή μέση απόσταση που διανύθηκε μεταξύ συγκρούσεων. Αυτή η απόσταση ονομάζεται μέση ελεύθερη διαδρομή.

5. Θερμική ισορροπία:

* Τα ηλεκτρόνια υποτίθεται ότι βρίσκονται σε θερμική ισορροπία με το πλέγμα. Αυτό σημαίνει ότι η μέση κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων είναι ίση με τη μέση κινητική ενέργεια των ιόντων.

6. Ηλεκτρικό πεδίο:

* Παρουσία ενός ηλεκτρικού πεδίου, τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται από το πεδίο και μετακινούνται προς μια κατεύθυνση απέναντι από το πεδίο. Αυτό οδηγεί στην αγωγιμότητα της ηλεκτρικής ενέργειας.

Περιορισμοί της ελεύθερης θεωρίας ηλεκτρονίων:

* Η ελεύθερη θεωρία ηλεκτρονίων δεν προβλέπει με ακρίβεια τη συγκεκριμένη θερμική ικανότητα των μετάλλων.

* Δεν εξηγεί το αποτέλεσμα της αίθουσας, το οποίο είναι η εμφάνιση μιας τάσης σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα σε ένα μαγνητικό πεδίο.

* Η θεωρία δεν λαμβάνει υπόψη την κβαντική φύση των ηλεκτρονίων.

Παρά τους περιορισμούς της, η ελεύθερη θεωρία ηλεκτρονίων παρέχει ένα απλό και χρήσιμο πλαίσιο για την κατανόηση των βασικών ηλεκτρικών και θερμικών ιδιοτήτων των μετάλλων. Αποτελεί τη βάση για πιο εξελιγμένα μοντέλα που λαμβάνουν υπόψη την κβαντική φύση των ηλεκτρονίων και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων και του πλέγματος.