Umumiy fizika

2. Metallarda elektr o’tkazuvchanligi.
Odatda elektr tokini yaxshi o’tkazadigan yani elektr qarshiligi juda kichik bo’lgan moddalar metallar deyiladi.Modda metalmi degan savolga uning elektr o’tkazuvchanligi yani qarshilikning temperaturaga bog’liqligi javob beradi.Metallarda elektr o’tkazuvchanlik juda past temperaturalarda yani absalyut nolda va uning yaqinida ham noldan farqliligicha qolaveradi. Metallarning bu xossalari elektronlar harakatining alohida xosslari bilan tushuntiriladi va albatta tok tashuvchilarning tabiatini aniqlashda elektronlar tabiati o’rganildi. Tajribani birinchi marta 1901-yilda Rikke amalga oshirgan bu tajribasi orqali metallarda elektr o’tkazuvchanlik atomlar orqali amalga oshmasligini ko’rsatib berdi. U quyidagi tajribani o’tkazdi.Uchlari juda toza yo’nilgan 2 ta mis va bitta alyuminiy silindrlarni oladi. Dastlab ular tortilgan so’ngra birgalikda mis-alyuminiy-mis ketma-ketligida qo’yilgan va bir yil davomida tok o’tkazganlar bu tajribalar shuni ko’rsatdiki metallarning og’irligi hech qanday o’zgarmaganligini bir-biriga tegib turgan uchlari mikroskop ostida qaralganda bir-biriga kirib qolmaganini ko’rishgan demak metallarda tok tashuvchilar atomlar emas balki boshqa metallar tarkibiga kiruvchi qandaydir zarracha bu zarrachani elektron ekanligini keyinchalik Mandelshtam Papaleksi sim o’ralgan g’altakni uning o’qi atrofida tez burama tebranishga keltirdilar. Tolmen va Styuart tomonidan shunday tajribaning miqdoriy natijasi olingan edi. Shunday qilib metallarda tok tashuvchilar erkin elektronlar ekanligi nazariy hamda eksprimental asoslandi. Erkin elektronlar mavjudligini shunday tushuntirish mumkinki kristall panjaralar hosil bo’lganidan eng bo’sh bog’langan elektronlar metall atomlaridan ajralib metall bo’lagining ,,kollektiv tashkil etuvchisi” bo’lib qoladi.Biz bilamizki boshqa moddalarga qaraganda metallarda elektr o’tkazuvchanlik juda yaxshi bo’ladi. Elektr tokini yaxshi o’tkazishi ularning zonaviy strukturasi bilan tushuntiriladi. Elektr toki oqa boshlashi uchun elektronlar elektr maydonida tezlanish olish,o’z energiyasini oshirish imkoniga ega bo’lishi kerak. Agar zona qismangina to’lgan bo’lsa u holda elektron energiyasi deyarli uzluksiz o’zgarishi mumkin(elektron bunda bo’sh qo’shni sathga o’tadi) va elektr maydoni osongina tok hosil qiladi..Metall o’tkazgichdan o’tayotgan tokning zichligi unga qo’yilgan elektr maydon kuchlanganligiga to’g’ri proporsional.Metallarning elektr o’tkazuvchanligini tushuntirib beruvchi modellardan birinchisi Drude ishlab chiqdi. J.J. Tomson 1897 yili elektronni kashf qilgandan uch yil o‘tgach, Drude o‘zining elektr va issiqlik o‘tkazishning klassik nazariyasini ishlab chiqdi. Ushbu nazariyaga asosan metallarni erkin elektronlar gaziga botirilgan ionlardan iborat deb tasavvur qilinadi. Undan tashqari, nazariya yana quyidagi farazlarga asoslangan:A) elektronlar kristall bo‘ylab erkin ko‘chib yura oladi. Ular o‘z harakati davomida kristall panjarasi tugunlaridagi ionlar bilan to‘qnashadi.Elektronlarning bir-biri bilan to‘qnashuvlari hisobga olinmaydi. Ikki to‘qnashuv orasida elektron Nyuton qonuniga asosan to‘g‘ri chiziq bo‘ylab harakat qiladi.V) elektronlarning metall ionlari bilan to‘qnashuvi oddiy zaryadsiz sharchalar to‘qnashuvidek sodir bo‘ladi.S) elektronlarning ikki ketma-ket to‘qnashuvlar orasidagi harakati o‘rtacha vaqti kiritilgan va uni elektronning o‘rtacha erkin yugurish vaqti deb nomlanadi. Elektronning vaqt birligidagi to‘qnashuvlar ehtimolligi 1/ ga teng deb olinadi.D) elektronlar gazi to‘qnashuvlar tufayli termodinamik muvozanatda bo‘ladi. Ularning to‘qnashishdan oldingi va keyingi tezliklari o‘zaro bog‘lik emas.Metalldagi hamma elektronlar bir xil o‘rtacha tezlikka ega bo‘lib, ularni bir atomli ideal gazdek tasavvur qilingan. Metall o‘tkazgich uchlariga elektr kuchlanish qo‘yilmaganda undagi erkin elektronlar tartibsiz issiqlik harakatida bo‘ladi. Klassik fizikaning energiyaning erkinlik darajalari bo‘yicha teng taqsimot qonuniga asosan, har bir elektronga to‘g‘ri keluvchi o‘rtacha kinetik energiya ga teng. Metallga elektr maydon qo‘yilganda undagi erkin elektronlarning tartibsiz issiqlik harakatiga maydonning ta’sir kuchi yo‘nalishida tartibli harakat qo‘shiladi. Elektronlarning harakatiga bir tomonga qarab siljish kuzatiladi.