自由電子模型
德魯德模型
/ DROO-duh /
就在電子被發現僅僅三年之後,保羅·德魯德於1900年做了一個最樸素不過的猜想:把金屬裡的自由電子完全當作氣球裡的空氣分子來對待——一團到處亂竄的小球,時不時撞上固定的原子,再朝隨機方向彈開。
每個電子直線飛行,直到撞上東西為止;這一次次碰撞把它的運動重新打亂,並造成電阻。一通上電壓,電子就在它們快速的隨機抖動之上,緩緩地順著導線漂移,這就是電流。僅憑這一幅圖像,德魯德就推出了歐姆定律,以及金屬導電能力與導熱能力之間一個整潔的關係。
它的重要意義在於:這是關於金屬的第一套定量理論,其中一部分至今仍然成立。但它有個嚴重缺陷:它假設電子遵守普通熱氣體的規則,於是大大高估了電子本該儲存的熱量。要修補這一點,就得用上量子力學,這次修補就叫索末菲模型。
把電子想成彈珠台裡的彈珠,把原子想成那些擋柱。把檯面一傾斜(施加電壓),彈珠就在到處亂彈的同時,穩穩地往低處漂——這種在沒完沒了的彈跳中保持的穩定漂移,正是德魯德對電流的描繪。
一台彈珠機:隨機彈跳再加上一點傾斜,就有了穩定的漂移——這便是德魯德眼中的電流。
一樁著名的「歪打正著」:德魯德對導熱與導電之比(維德曼-弗蘭茲定律)的預言竟大致正確——但這只是因為他犯的兩個錯誤恰好互相抵消了。量子版本得到了同樣的答案,靠的卻是正確的道理。
又稱
另見