The solution at revision #20775 of , by Valter. This is not the current version.

Условие

8.2.1∗.
а Определите удельную проводимость металла, если число электронов проводимости в единице объема металла , время между последовательными соударениями электрона с ионами кристаллической решетки . Сразу после соударения любое направление скорости электрона равновероятно.
б Оцените среднее время между последовательными соударениями электрона проводимости с ионами кристаллической решетки меди.

Решение

а В классической электронной теории проводимости движение электрона между соударениями с ионами решетки рассматривается как равноускоренное под действием внешнего электрического поля . Ускорение электрона равно:

где — элементарный заряд, — масса электрона.

Поскольку сразу после соударения любое направление скорости равновероятно, средняя скорость хаотического движения электронов сразу после столкновения равна нулю: .

В любой момент времени после последнего соударения средняя скорость направленного движения (скорость дрейфа) определяется усреднением по всем временам свободного пробега. При строгом учете распределения времени пробегов (экспоненциальный закон), среднее значение приобретаемой скорости составляет:

Плотность электрического тока связана со скоростью дрейфа и концентрацией электронов соотношением:

Подставляя выражение для скорости дрейфа, получаем:

Согласно закону Ома в дифференциальной форме, плотность тока пропорциональна напряженности поля:

Сравнивая два выражения, находим искомую удельную проводимость :

б Для оценки среднего времени между соударениями для меди выразим его из полученной формулы:

Из справочных данных известна удельная проводимость меди: Смм.
Оценим концентрацию электронов проводимости , предполагая, что на каждый атом меди в кристаллической решетке приходится один свободный электрон:

где кгм — плотность меди, кгмоль — молярная масса, моль — число Авогадро.
м

Подставляем известные константы (Кл, кг) в формулу для :
с

ПримечаниеМатематическийрасчетнаосновесовременныхтабличныхданныхдаетзначениесОтветприведенныйвзадачникессодержитопечаткунаодинпорядоквеличины

Ответ

а

б с