自由电子模型
费米速度
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如果电子像注水填满水箱那样填满一层层能级,那么正处在水面的那些跑得最快。费米速度,就是这些最顶端电子的速度——也就是坐在费米能上的那些。它们绝非懒洋洋,哪怕金属冷得刺骨,它们仍以每秒几百公里的速度疾驰。
为什么在零温下还这么快?因为慢的状态早被占光了。既然任意两个电子都不能处于同一状态,处在水面的那些就被逼进了高能量、高速度的座位——它们别无选择。费米速度直接由费米能决定,对大多数金属而言,它大约是光速的百分之零点五。
它之所以重要,是因为对导电真正起作用的是这个速度,而不是电流那爬行般的漂移。当你接上电压,电子向前漂移的速度慢如蜗牛,但每一个其实都在以费米速度狂奔,只不过被极其轻微地偏向了前方而已。一个常见的混淆,是把这飞快的费米速度和那迟缓的漂移速度搞混——两者相差以百万计。
在铜里,费米速度约为每秒1600公里。可是当家用电线里有电流流过时,电子向前漂移的速度还不到每秒一毫米——比一只散步的蚂蚁还慢。电送达得快,并不是因为电子飞得快,而是因为那股「推力」几乎是瞬间传遍的。
铜里的电子以约每秒1600公里疾驰,向前漂移却比一只走动的蚂蚁还慢。
费米速度是最快的、处于「水面」的那些电子的速度——而不是对所有电子取的平均。埋在下面的大多数电子动得更慢,但它们被冻在原地、参与不进来,所以对导电而言,真正起作用的就是费米速度。
又称
另见