自由电子模型
德鲁德模型
/ DROO-duh /
就在电子被发现仅仅三年之后,保罗·德鲁德于1900年做了一个最朴素不过的猜想:把金属里的自由电子完全当作气球里的空气分子来对待——一团到处乱窜的小球,时不时撞上固定的原子,再朝随机方向弹开。
每个电子直线飞行,直到撞上东西为止;这一次次碰撞把它的运动重新打乱,并造成电阻。一通上电压,电子就在它们快速的随机抖动之上,缓缓地顺着导线漂移,这就是电流。仅凭这一幅图像,德鲁德就推出了欧姆定律,以及金属导电能力与导热能力之间一个整洁的关系。
它的重要意义在于:这是关于金属的第一套定量理论,其中一部分至今仍然成立。但它有个严重缺陷:它假设电子遵守普通热气体的规则,于是大大高估了电子本该储存的热量。要修补这一点,就得用上量子力学,这次修补就叫索末菲模型。
把电子想成弹珠台里的弹珠,把原子想成那些挡柱。把台面一倾斜(施加电压),弹珠就在到处乱弹的同时,稳稳地往低处漂——这种在没完没了的弹跳中保持的稳定漂移,正是德鲁德对电流的描绘。
一台弹珠机:随机弹跳再加上一点倾斜,就有了稳定的漂移——这便是德鲁德眼中的电流。
一桩著名的「歪打正着」:德鲁德对导热与导电之比(维德曼-弗兰兹定律)的预言竟大致正确——但这只是因为他犯的两个错误恰好互相抵消了。量子版本得到了同样的答案,靠的却是正确的道理。
又称
另见