自由电子模型
维德曼-弗兰兹定律
/ VEE-deh-mahn FRANTS /
金属既擅长导电,也擅长导热——这绝非巧合。维德曼-弗兰兹定律说的是:这两样本领是绑在一起的。把一块金属的导热能力除以它的导电能力,再除以温度,你会发现几乎对每一种金属——从金到铅——得到的都是几乎相同的那个数。
原因在于:金属里干这两件活的,是同一群自由电子。加上电压,它们就搬运电荷;一端变热,它们就搬运热量。既然是同一拨载体两头兼顾,这两种传导能力便步调一致,而它们之间的比值最终竟是一个近乎普适的常数,只由自然界的几个基本常数所定。
它之所以重要,是因为它是对自由电子图像的一次干净利落的检验,而这个模型一击即中——它几乎精确地预言了那个普适的比值。要诚实地补一句:这种吻合在高温和极低温处最好。介于两者之间时,电子损失热量和损失电荷可以走不同的机制,定律之值会塌到理想值以下,那幅简单图像也开始露出破绽。
在室温下分别测出铜、银、金、铝的导热和导电能力,再按定律的方式相除:这四种金属吐出的几乎是同一个数,相差仅百分之几——这是「同一种载体兼顾两件活」的一个有力佐证。
不同金属给出几乎相同的「导热比导电」之比——同一种载体,干两份活。
德鲁德的经典版本是靠运气撞对了答案——两个错误恰好抵消。索末菲的量子版本则是堂堂正正地得到同一个值,这也是为什么这条定律被算作量子的胜利,而非经典的胜利。
又称
另见