მოლეკულების გადაადგილების ბუნება მყარ მდგომარეობაში. ნავთობისა და გაზის დიდი ენციკლოპედია

Გვერდი 1

სითხეებში მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნება უფრო რთულია, ვიდრე მყარი. გამარტივებული მოდელის მიხედვით, სითხის მოლეკულების თერმული მოძრაობები წარმოადგენს არარეგულარულ რხევებს გარკვეული ცენტრების გარშემო. ცალკეული მოლეკულების ვიბრაციების კინეტიკური ენერგია ზოგიერთ მომენტში შეიძლება საკმარისი იყოს მოლეკულური ბმების დასაძლევად. შემდეგ ეს მოლეკულები იღებენ შესაძლებლობას გადახტეს სხვა მოლეკულების გარემოში, რითაც შეცვლიან რხევის ცენტრს. ამრიგად, გარკვეული პერიოდის განმავლობაში /, რომელსაც ეწოდება დასახლებული სიცოცხლის დრო, თითოეული მოლეკულა არის მოწესრიგებულ სისტემაში რამდენიმე უახლოეს მოლეკულასთან. ნახტომის შემდეგ, თხევადი მოლეკულა აღმოჩნდება ახალ მოლეკულებს შორის, სხვაგვარად მოწყობილი. მაშასადამე, სითხეში შეინიშნება მხოლოდ მოლეკულების განლაგების მცირე დიაპაზონის რიგი.

სითხეში მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნება მნიშვნელოვნად განსხვავდება გაზის მოლეკულების თერმული მოძრაობისგან. თერმული მოძრაობის შემთხვევითობის გამო, მეზობელი მოლეკულების რხევების სიჩქარე და ამპლიტუდა განსხვავებულია და დროდადრო მეზობელი მოლეკულები იმდენად განსხვავდებიან ერთმანეთისგან, რომ ცალკეული მოლეკულები ხტებიან d-ის რიგის მანძილზე და ჩერდებიან ახალში. წონასწორობის პოზიციები და იწყებენ რხევას მათ გარშემო. ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება თერმული მოძრაობის საშუალო ენერგია და მასთან ერთად რხევების ამპლიტუდა და მოლეკულების გადახტომების სიხშირე ერთი წონასწორული პოზიციიდან მეზობელზე.

მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნება დამოკიდებულია მოლეკულების ურთიერთქმედების ბუნებაზე და იცვლება ნივთიერების გავლისას.

შუშის გადასვლა არის პოლიმერული მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნების შეცვლის სწრაფი პროცესი ამორფულ მდგომარეობაში, რომელიც ხდება ვიწრო ტემპერატურის დიაპაზონში, რაც დამოკიდებულია დეფორმაციის სიჩქარეზე, რომლითაც იგი შეინიშნება. ხდება პოლიმერის მოცულობის ცვლილების და თერმული ეფექტის გარეშე, მაგრამ თერმული გაფართოების კოეფიციენტისა და სპეციფიკური სითბოს ცვლილებით.

ეს მდგომარეობს იმაში, რომ PD მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნება უფრო ახლოს არის კრისტალური გისოსების ატომების და თხევადი მოლეკულების ვიბრაციულ მოძრაობებთან, ვიდრე იშვიათ აირებში ნაწილაკების თავისუფალ მოძრაობასთან.

მკითხველი B: ადრე თქვენ აღნიშნეთ, რომ მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნება დამოკიდებულია მოლეკულურ ურთიერთქმედებებზე და იცვლება აგრეგაციის ერთი მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლისას.

გაფანტული სინათლის უწყვეტი სპექტრის ასეთი დაყოფა ნაკარნახევია სითხეებში მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნებით.

სინათლის მოლეკულური გაფანტვა იძლევა ძალიან ღირებულ ინფორმაციას გაფანტულ მედიაში მოლეკულების თერმული მოძრაობის სტრუქტურისა და ბუნების შესახებ. ამ სფეროში მუშაობა ფართო ფრონტზე განვითარდა 30-იან წლებში; მათ დიდი წვლილი შეიტანეს და განაგრძობენ წვლილს მატერიის თხევადი მდგომარეობის პრობლემის გადაჭრაში. აქ განსაკუთრებით დიდია საბჭოთა მეცნიერების L. I. Mandelstam, G. S. Landsberg, L. D. Landau, E. F. Gross, S. M. Rytov და მათი სტუდენტების ღვაწლი.

თხევადი მდგომარეობის თეორია მის ამჟამინდელ დონეზე, მოლეკულების თერმული მოძრაობის სტრუქტურისა და ბუნების სირთულის გამო, არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას რეალური სითხეების თვისებების აღსაწერად ტემპერატურისა და წნევის საკმაოდ ფართო დიაპაზონში. საუკეთესო შემთხვევის სცენარი სტატისტიკური თეორიასაშუალებას იძლევა დადგინდეს სითხეების წონასწორობის თვისებების მხოლოდ ხარისხობრივი დამოკიდებულება მდგომარეობის პარამეტრებზე და რადიალური განაწილების ფუნქციაზე.

ამრიგად, სხეულის სითბოს სიმძლავრის მცირე ცვლილება დნობის დროს შეიძლება ჩაითვალოს იმის მტკიცებულებად, რომ სითხეებში მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნება იგივეა, რაც მყარ სხეულებში, კერძოდ, მოლეკულები მოძრაობენ წონასწორობის პოზიციის გარშემო.

ეს თვისობრივი განსხვავებები ნივთიერების თხევად და მყარ მდგომარეობებს შორის განპირობებულია მათი მოლეკულური სტრუქტურისა და მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნებით. გაცხელებისას მყარი სხეული გარკვეულ პირობებში გადადის თხევად მდგომარეობაში – დნება. სითხე მყარდება, როდესაც ტემპერატურა ეცემა.

როგორც სამოილოვი აღნიშნავს, ელექტროლიტების ხსნარებში იონების ხსნარის საკითხის ყოვლისმომცველი განხილვისთვის, არ შეიძლება შემოიფარგლოთ ხსნარების რიცხვების და ხსნარის ენერგიის განსაზღვრით, მაგრამ ასევე აუცილებელია გამოვიკვლიოთ ცვლილებები, რომლებიც ხდება იონების შეყვანისას. მხოლოდ გამხსნელის სტრუქტურაში, მაგრამ გამხსნელის მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნებაში. გამხსნელში ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი ცვლილება ძირითადად განპირობებულია ერთი და იგივე მიზეზით - ქურუმებსა და გამხსნელის მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედებით.

სითხეში მოლეკულები განლაგებულია ერთმანეთისგან მცირე მანძილზე და მათ შორის არსებობს ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების მნიშვნელოვანი ძალები. სითხეში მოლეკულების თერმული მოძრაობის ბუნება მნიშვნელოვნად განსხვავდება გაზში მოლეკულების მოძრაობისგან. სითხის მოლეკულები მერყეობენ გარკვეული წონასწორობის პოზიციებზე.

თერმული მოძრაობა არის მოლეკულების, ატომების და იონების ქაოტური მოძრაობა აირებში, მყარ სხეულებში და სითხეებში. მოლეკულების, ატომებისა და იონების თერმული მოძრაობის ბუნება დამოკიდებულია ნივთიერების მთლიან მდგომარეობაზე და განისაზღვრება მოლეკულური ურთიერთქმედების ძალებით.

მოწყობილობები და აქსესუარები: გამოკვლეული ლითონისგან დამზადებული მავთულის გამტარი, საზომი მოწყობილობა, ელექტრო საზომი ხელსაწყოები.

აირების, სითხეების და მყარი ნივთიერებების მოლეკულების მოძრაობა

მოლეკულური კინეტიკური თეორიის მიხედვით, რომლის ერთ-ერთი ფუძემდებელია დიდი რუსი მეცნიერი მ.ვ. ლომონოსოვი, ყველა ნივთიერება შედგება პატარა ნაწილაკებისგან - მოლეკულებისგან, რომლებიც უწყვეტ მოძრაობაში არიან და ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან.

მოლეკულა არის ნივთიერების ყველაზე პატარა ნაწილაკი, რომელსაც აქვს საკუთარი ქიმიური თვისებები. მოლეკულები სხვადასხვა ნივთიერებებიაქვს განსხვავებული ატომური შემადგენლობა.

აირის, სითხეების და მყარი ნივთიერებების მოლეკულების მოძრაობის ბუნებაში ბევრი საერთოა, ასევე არის მნიშვნელოვანი განსხვავებები.

საერთო მახასიათებლებიმოლეკულური მოძრაობა:

ა) საშუალო სიჩქარერაც მეტია მოლეკულა, მით უფრო მაღალია ნივთიერების ტემპერატურა;

ბ) მოცემული ნივთიერების სხვადასხვა მოლეკულების სიჩქარე განაწილებულია ისე, რომ კონკრეტული სიჩქარის მქონე მოლეკულების რაოდენობა უფრო მეტია, რაც უფრო ახლოს არის ეს სიჩქარე მოცემული ნივთიერების მოლეკულების მოძრაობის ყველაზე სავარაუდო სიჩქარესთან. მოცემული ტემპერატურა.

აირების, სითხეების და მყარი ნივთიერებების მოლეკულების მოძრაობის ბუნებაში მნიშვნელოვანი განსხვავება აიხსნება მათი მოლეკულების ძალის ურთიერთქმედების სხვაობით, რაც დაკავშირებულია მოლეკულებს შორის საშუალო მანძილების განსხვავებასთან.

გაზებში, მოლეკულებს შორის საშუალო მანძილი ბევრჯერ აღემატება თავად მოლეკულების ზომას. შედეგად, გაზის მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ძალები მცირეა და მოლეკულები მოძრაობენ მთელ ჭურჭელში, რომელშიც გაზი მდებარეობს, თითქმის ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად, ცვლის სიჩქარის მიმართულებას და სიდიდეს სხვა მოლეკულებთან და კედლებთან შეჯახებისას. გემის. გაზის მოლეკულის გზა არის ბრაუნის მოძრაობის ტრაექტორიის მსგავსი გატეხილი ხაზი.

გაზის მოლეკულების საშუალო თავისუფალი გზა, ე.ი. ორ თანმიმდევრულ შეჯახებას შორის მოლეკულების საშუალო ბილიკის სიგრძე დამოკიდებულია გაზის წნევასა და ტემპერატურაზე. ზე ნორმალური ტემპერატურადა წნევა, თავისუფალი გზა არის დაახლოებით 10 -5 სმ გაზის მოლეკულები ერთმანეთს ან ჭურჭლის კედლებს ეჯახება დაახლოებით 1010 ჯერ წამში, ცვლის მათი მოძრაობის მიმართულებას. ამით აიხსნება ის ფაქტი, რომ აირების დიფუზიის სიჩქარე მცირეა გაზის მოლეკულების ტრანსლაციური მოძრაობის სიჩქარესთან შედარებით, რომელიც ნორმალურ პირობებში დაახლოებით 1,5-ჯერ აღემატება ბგერის სიჩქარეს მოცემულ აირში და უდრის 500 მ/წმ. .

სითხეებში მოლეკულებს შორის მანძილი გაცილებით მცირეა, ვიდრე აირებში. თითოეული მოლეკულის მეზობლებთან ურთიერთქმედების ძალები საკმარისად დიდია, რის შედეგადაც სითხის მოლეკულები ირხევა ზოგიერთი საშუალო წონასწორობის პოზიციის გარშემო. ამავდროულად, რადგან თხევადი მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია შედარებულია მათი ურთიერთქმედების ენერგიასთან, კინეტიკური ენერგიის შემთხვევითი ჭარბი მოლეკულები გადალახავს მეზობელ ნაწილაკების ურთიერთქმედებას და ცვლის რხევის ცენტრს. სითხის პრაქტიკულად რხევადი ნაწილაკები ძალიან მოკლე დროის ინტერვალებით (~ 10 -8 წმ) ხტებიან სივრცეში.

ამრიგად, სითხე შედგება მრავალი მიკროსკოპული რეგიონისგან, რომლებშიც არის გარკვეული წესრიგი ახლომდებარე ნაწილაკების განლაგებაში, რომელიც იცვლება დროსა და სივრცეში, ე.ი. არ მეორდება სითხის მთელ მოცულობაში. ამბობენ, რომ ასეთი სტრუქტურა აქვს მოკლე დიაპაზონის შეკვეთა .

მყარ სხეულებში მოლეკულებს შორის მანძილი კიდევ უფრო მცირეა, რის შედეგადაც თითოეული მოლეკულის მეზობლებთან ურთიერთქმედების ძალები იმდენად დიდია, რომ მოლეკულა ასრულებს მხოლოდ მცირე რხევებს გარკვეული მუდმივი წონასწორობის პოზიციის - კვანძის გარშემო. კრისტალურ სხეულში გამოიყოფა კვანძების გარკვეული გარკვეული ურთიერთგანლაგება, რომელსაც ე.წ ბროლის გისოსი. კრისტალური მედის ბუნება განისაზღვრება მოცემული ნივთიერების ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების ბუნებით.

ზემოაღნიშნული ეხება იდეალურ კრისტალურ მყარს. რეალურ კრისტალებში ადგილი აქვს წესრიგის სხვადასხვა დარღვევას, რაც ხდება ნივთიერების კრისტალიზაციის დროს.

კრისტალებთან ერთად ბუნებაში ასევე არის ამორფული მყარი ნივთიერებები, რომლებშიც სითხეების მსგავსად, ატომები ვიბრირებენ შემთხვევით მდებარე კვანძების გარშემო. ამასთან, ამორფული სხეულის ნაწილაკების მოძრაობა რხევის ერთი ცენტრიდან მეორეში ხდება დროის ისეთ დიდ ინტერვალებში, რომ პრაქტიკულად ამორფული სხეულები მყარი სხეულებია.

თბოგამტარობა

თბოგამტარობა არის სითბოს გადაცემა, რომელიც ხდება ტემპერატურის გრადიენტის თანდასწრებით და განპირობებულია ნაწილაკების თერმული მოძრაობით. სურათი 1a გვიჩვენებს სწორი სხეული

ქვანახშირის ფორმის 1 და 2 ბაზებით, რომლებიც მდებარეობს ღერძის ნორმალურად x.დაე, სხეულის ტემპერატურა იყოს ერთი კოორდინატის ფუნქცია T = T(x), სადაც dT/dx < 0 (температура убывает в положительном направлении оси X). შემდეგ, სხეულის ნებისმიერი მონაკვეთის მეშვეობით, რომელიც ნორმალურია არჩეული ღერძის მიმართ, სითბო გადადის, რაც აღწერილია ფურიეს კანონით (1820).

სადაც ∆ ქ- ჯვარედინი მონაკვეთის ზონაში გადაცემული სითბოს რაოდენობა სდროში Δ ტ, c- თბოგამტარობის კოეფიციენტი, ნივთიერების თვისებებიდან გამომდინარე. მინუს ნიშანი (1) მიუთითებს, რომ სითბოს გადაცემა მიმართულია ტემპერატურის შემცირებისკენ (ტემპერატურული გრადიენტის საპირისპიროდ. dT/dx). თუ სხეული ერთგვაროვანია და პროცესი სტაბილურია, მაშინ ტემპერატურა ეცემა ღერძის გასწვრივ Xხაზოვანი: dT/dx=კონსტ(ნახ. 1ბ).

გამოთქმა (1) საშუალებას გაძლევთ იპოვოთ სიმკვრივე სითბოს ნაკადი(სითბოს ნაკადი ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულში):

ამ უკანასკნელიდან გამომდინარეობს, რომ

თბოგამტარობის კოეფიციენტი რიცხობრივად უდრის სითბოს რაოდენობას, რომელიც გადაიცემა ერთეული ზედაპირის ფართობზე დროში ერთეული ტემპერატურის გრადიენტზე. .

აირებისა და სითხეების თბოგამტარობის განსაზღვრისას საჭიროა გულდასმით გამოირიცხოს სითბოს გადაცემის სხვა ტიპები - კონვექცია (საშუალების უფრო ცხელი ნაწილების გადაადგილება და უფრო ცივის დაწევა) და სითბოს გადაცემა გამოსხივებით (რადიაციული სითბოს გადაცემა).

ნივთიერების თბოგამტარობა დამოკიდებულია მის მდგომარეობაზე. I ცხრილი გვიჩვენებს ზოგიერთი ნივთიერების თბოგამტარობის მნიშვნელობებს.

ცხრილი I

სითხეებისთვის (თუ გამოვრიცხავთ თხევად ლითონებს), თბოგამტარობის კოეფიციენტი საშუალოდ უფრო ნაკლებია ვიდრე მყარი და მეტია ვიდრე აირები. გაზების და ლითონების თბოგამტარობა ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება, ხოლო სითხეები, როგორც წესი, მცირდება.

აირებისთვის, მოლეკულური კინეტიკური თეორია შესაძლებელს ხდის დადგინდეს, რომ თბოგამტარობის კოეფიციენტი ტოლია

სად არის მოლეკულების საშუალო თავისუფალი გზა,

მათი მოძრაობის საშუალო სიჩქარე, r - სიმკვრივე, CVარის იზოქორული სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე.

აირების, სითხეების და მყარი ნივთიერებების თბოგამტარობის მექანიზმი

გაზის მოლეკულების თერმული მოძრაობის შემთხვევითობა, მათ შორის უწყვეტი შეჯახება იწვევს ნაწილაკების მუდმივ შერევას და მათი სიჩქარისა და ენერგიების ცვლილებას. AT გაზი თბოგამტარობა ხდება მაშინ, როდესაც მასში არის ტემპერატურის სხვაობა, რომელიც გამოწვეულია ზოგიერთი გარეგანი მიზეზით. გაზის მოლეკულებს მისი მოცულობის სხვადასხვა ადგილას აქვთ სხვადასხვა საშუალო კინეტიკური ენერგია. ამიტომ, მოლეკულების ქაოტური თერმული მოძრაობის დროს, მიმართული ენერგიის გადაცემა . მოლეკულები, რომლებიც დაეცა გაზის გაცხელებული ნაწილებიდან ცივ ნაწილებად, აწვდიან თავიანთ ენერგიას მიმდებარე ნაწილაკებს. პირიქით, ნელა მოძრავი მოლეკულები, ცივი ნაწილებიდან ცხელ ნაწილებამდე მოხვედრა, ზრდის მათ ენერგიას მაღალი სიჩქარით მოლეკულებთან შეჯახების გამო.

თბოგამტარობა სითხეებში როგორც გაზებში, ხდება ტემპერატურის გრადიენტის არსებობისას. ამასთან, თუ აირებში ენერგია გადადის ნაწილაკების შეჯახების დროს, რომლებიც მთარგმნელობით მოძრაობენ, მაშინ სითხეებში ენერგია გადადის რხევადი ნაწილაკების შეჯახების დროს. ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ უფრო მაღალი ენერგია, უფრო დიდი ამპლიტუდით რხევავენ და სხვა ნაწილაკებთან შეჯახებისას თითქოს აკანკალებენ მათ და ენერგიას გადასცემენ მათ. ენერგიის გადაცემის ასეთი მექანიზმი, ისევე როგორც გაზებში მოქმედი მექანიზმი, არ უზრუნველყოფს მის სწრაფ გადაცემას და ამიტომ სითხეების თბოგამტარობა ძალიან დაბალია, თუმცა რამდენჯერმე აღემატება აირების თბოგამტარობას. გამონაკლისს წარმოადგენს თხევადი ლითონები, რომელთა თბოგამტარობის კოეფიციენტები მყარ ლითონებთან ახლოსაა. ეს აიხსნება იმით, რომ თხევად ლითონებში სითბო გადადის არა მხოლოდ ვიბრაციების გადაცემასთან ერთად ერთი ნაწილაკიდან მეორეზე, არამედ მობილური ელექტრული დამუხტული ნაწილაკების დახმარებით - ელექტრონები, რომლებიც გვხვდება ლითონებში, მაგრამ არ არსებობს სხვა სითხეებში. .

თუ შიგნით მყარი სხეული არის ტემპერატურული სხვაობა მის სხვადასხვა ნაწილებს შორის, მაშინ, როგორც ეს ხდება აირებსა და სითხეებში, სითბო გადადის უფრო გახურებულიდან ნაკლებად გაცხელებულ ნაწილზე.

სითხეებისა და აირებისგან განსხვავებით, კონვექცია არ შეიძლება მოხდეს მყარ სხეულში, ე.ი. მატერიის მასის მოძრაობა სითბოსთან ერთად. ამიტომ, სითბოს გადაცემა მყარში ხორციელდება მხოლოდ თერმული გამტარობით.

მყარ სხეულში სითბოს გადაცემის მექანიზმი გამომდინარეობს მასში თერმული მოძრაობების ბუნებიდან. მყარი სხეული არის ატომების ერთობლიობა, რომლებიც ვიბრირებენ. მაგრამ ეს რყევები

ერთმანეთისგან დამოუკიდებელი.ვიბრაციები შეიძლება გადავიდეს (ხმის სიჩქარით) ერთი ატომიდან მეორეზე. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ტალღა, რომელიც გადასცემს ვიბრაციის ენერგიას. რხევების ასეთი გავრცელება არის სითბოს გადაცემა.

რაოდენობრივად, სითბოს გადაცემა მყარ სხეულში აღწერილია გამოხატულებით (1). თბოგამტარობის კოეფიციენტის c მნიშვნელობა არ შეიძლება გამოითვალოს ისე, როგორც ეს ხდება გაზისთვის - უფრო მარტივი სისტემისთვის, რომელიც შედგება არაურთიერთმა ნაწილაკებისგან.

მყარი ნივთიერების თბოგამტარობის სავარაუდო გამოთვლა შეიძლება შესრულდეს კვანტური კონცეფციების გამოყენებით.

კვანტური თეორიასაშუალებას გვაძლევს შევადაროთ გარკვეული კვაზინაწილაკები, რომლებიც ბგერის სიჩქარით მრავლდებიან მყარში ვიბრაციასთან - ფონონები. თითოეულ ნაწილაკს ახასიათებს პლანკის მუდმივის ტოლი ენერგია, გამრავლებული რხევის სიხშირეზე n. ვიბრაციების კვანტური - ფონონის ენერგია, შესაბამისად, უდრის თნ.

თუ გამოვიყენებთ ფონონების ცნებას, მაშინ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ თერმული მოძრაობები მყარ სხეულში გამოწვეულია სწორედ მათ მიერ, ისე რომ აბსოლუტურ ნულზე არ არსებობს ფონონები და ტემპერატურის მატებასთან ერთად მათი რიცხვი იზრდება, მაგრამ არა წრფივად, არამედ შესაბამისად. უფრო რთული კანონი (დაბალ ტემპერატურაზე, პროპორციულად ტემპერატურის კუბი).

ახლა ჩვენ შეგვიძლია მივიჩნიოთ მყარი სხეული, როგორც ჭურჭელი, რომელიც შეიცავს ფონონების გაზს, აირი, რომელიც ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე შეიძლება ჩაითვალოს იდეალურ გაზად. როგორც ჩვეულებრივი აირის შემთხვევაში, ფონონურ გაზში სითბოს გადაცემა ხორციელდება ფონონების შეჯახებით გისოსის ატომებთან და ყველა დასაბუთება იდეალური გაზიმართალია აქაც. მაშასადამე, მყარი ნივთიერების თბოგამტარობა შეიძლება გამოისახოს ზუსტად იგივე ფორმულით

სადაც r არის სხეულის სიმკვრივე, CVარის მისი სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე, თანარის ხმის სიჩქარე სხეულში, l არის ფონონების საშუალო თავისუფალი გზა.

მეტალებში, გარდა გისოსების ვიბრაციისა, სითბოს გადაცემაში მონაწილეობენ დამუხტული ნაწილაკები, ელექტრონები, რომლებიც ამავდროულად წარმოადგენენ ლითონში ელექტრული დენის მატარებლებს. მაღალ ტემპერატურაზე ელექტრონული თბოგამტარობის ნაწილი გაცილებით დიდია გისოსი . ამით აიხსნება ლითონების მაღალი თბოგამტარობა არამეტალებთან შედარებით, რომლებშიც ფონონები ერთადერთი სითბოს მატარებლები არიან. ლითონების თბოგამტარობის კოეფიციენტი შეიძლება გამოითვალოს ფორმულით:

სად არის ელექტრონების საშუალო თავისუფალი გზა, არის მათი თერმული მოძრაობის საშუალო სიჩქარე.

ზეგამტარებში, სადაც ელექტრული დენი არ ექმნება წინააღმდეგობას, პრაქტიკულად არ არსებობს ელექტრონული თბოგამტარობა: ელექტრონები, რომლებიც მუხტს ატარებენ წინააღმდეგობის გარეშე, არ მონაწილეობენ სითბოს გადაცემაში, ხოლო ზეგამტარებში თბოგამტარობა არის წმინდა გისოსები.

ვიდემან-ფრანცის კანონი

ლითონებს აქვთ როგორც მაღალი ელექტროგამტარობა, ასევე მაღალი თბოგამტარობა. ეს აიხსნება იმით, რომ ლითონებში დენის და სითბოს მატარებლები არიან იგივე ნაწილაკები - თავისუფალი ელექტრონები, რომლებიც მეტალში შერევისას ატარებენ არა მხოლოდ ელექტრულ მუხტს, არამედ ქაოტური (თერმული) მოძრაობის ენერგიას, რომელიც თან ახლავს მას. მათ, ე.ი. განახორციელოს სითბოს გადაცემა.

1853 წელს ვიდემანმა და ფრანცმა ექსპერიმენტულად დაადგინეს კანონი, რომლის მიხედვითაც თბოგამტარობის კოეფიციენტიგ ელექტროგამტარობამდეს ერთსა და იმავე ტემპერატურაზე ლითონებისთვის იგივეა და იზრდება თერმოდინამიკური ტემპერატურის პროპორციულად:

სადაც კდა ეარის მუდმივები (ბოლცმანის მუდმივი და ელექტრონული მუხტი).

ელექტრონების ერთატომურ გაზად განხილვისას, თბოგამტარობის კოეფიციენტისთვის შეიძლება გამოვიყენოთ აირების კინეტიკური თეორიის გამოხატულება.

სადაც n×m= r არის გაზის სიმკვრივე.

სპეციფიკური სითბომონოატომური გაზი უდრის . ამ მნიშვნელობის ჩანაცვლებით გამოსახულებაში χ , მივიღებთ

ლითონების კლასიკური თეორიის მიხედვით მათი ელექტრული გამტარობა

შემდეგ ურთიერთობა

ჩანაცვლების შემდეგ მივდივართ მიმართებაში (5), რომელიც გამოხატავს ვიდემან-ფრანცის კანონი .

მნიშვნელობების ჩანაცვლება კ= 1.38 10 -23 ჯ/კ და ე= 1.60 10 -19 C ფორმულაში (5), ჩვენ ვპოულობთ

თუ ამ ფორმულის გამოყენებით, გამოთვალეთ მნიშვნელობა ყველა ლითონისთვის თ\u003d 300 K, შემდეგ მივიღებთ 6.7 10 -6 J Ω / წმ K. ვიდემან-ფრანცის კანონი მეტალების უმეტესობისთვის შეესაბამება გამოცდილებას 100-400 K ტემპერატურაზე, მაგრამ დაბალ ტემპერატურაზე კანონი მნიშვნელოვნად ირღვევა. დაბალ ტემპერატურაზე გამოთვლილ და ექსპერიმენტულ მონაცემებს შორის შეუსაბამობა განსაკუთრებით დიდია ვერცხლის, სპილენძისა და ოქროს შემთხვევაში. არის ლითონები (ბერილიუმი, მანგანუმი), რომლებიც საერთოდ არ ემორჩილებიან ვიდემან-ფრანცის კანონს.