4.1.2. Закон Видемана-Франца.

Закон Видемана - Франца - это физический закон, утверждающий, что для металлов отношение коэффициента теплопроводности (либо тензора теплопроводности) к удельной электрической проводимости (либо тензору проводимости) пропорционально температуре.

Главное в законе Видемана-Франца – это не освещение его с разных сторон – с позиций классической теории или с позиции каких-либо других теорий. Самое главное в законе Видемана – Франца – это построение модели атома, которая может объяснить термопередачу в металлах посредством электронов. Без такой модели мы не сможем понять механизм многих явлений термоэлектроники.

4.1.3. Модель атома, допускающая передачу тепла посредством электронов.

Определим теплопередачу тепла следующими правилами:

Правило первое: в металлах-проводниках тепло передаётся только электронами.

Правило второе: так, как электроны обладают массой и зарядом, следовательно, электроны участвуют в 2-х явлениях одновременно – в тепловом и электрическом. Это приводит к сравнению силы обеих явлений, для того чтобы определить результат воздействия явлений на электрон. Для математического моделирования, в математике был создан раздел «переход процессов», для того, чтобы моделировать электрическое и тепловое действие на ток, при условии соизмеримости 2-х процессов: теплового и электрического.

Те электроны, что могли бы участвовать в электрическом токе, также могут участвовать и в передаче тепла.

Потому модель передачи тепла в металлах-проводниках может описываться так: Если два соседних атома имеют разную тепловую энергию, то ядро атома с более высокой энергией передаёт частицу своей энергии электрону. Электрон переходит в локализацию атома с низкой энергией и передаёт его ядру часть своей энергии. Это движение произошло, когда тепловой процесс был больше, чем электрический. В процессе теплопередачи нарушилась электронейтральность. Более холодный атом стал отрицательным ионом (на короткое время). После передачи тепла, тепловой процесс исчез, но обнаружилось нарушение электронейтральности. Теперь начинается электрический процесс и электрон из второго атома, уже без тепловой энергии под действием электрических сил возвращается в локализацию первого атома. Значит можно сделать вывод:

Явление теплопередачи является для двух атомов локально-уравнивающим. Теплопередача осуществляется колебательным (эстафетным) движением электронов. На границах вещества процесс теплопередачи посредством электронов приобретает вид термоэлектронной эмиссии. Это может значить, что процесс теплопередачи посредством электронов – это более общий закон и он может касаться не только проводников, но и полупроводников и даже изоляторов.

На границах вещества процесс теплопередачи посредством электронов носит всё тот же вид колебаний (эстафеты) электронов, что создаёт в пространстве инфракрасное излучение.

В вакууме металлы передают тепло посредством инфракрасного излучения, что говорит о колебаниях электронов на границах металлов, то есть о той же теплопередаче в вакууме посредством электронов.

Модель атомов для металлов-проводников немного прояснилась.

Почему же полупроводники ведут себя по-другому? А изоляторы, по законам современной физики вовсе не нуждаются в особом (электронном) способе теплопередачи. Но, тем не менее, можно предположить гипотезу о едином способе передачи тепла для всех веществ – электронном.

В таком случае, исследуя полупроводники можно обнаружить особенности в модели атома полупроводника.

Особенность полупроводника заключается в особом – управляемом способе энергообмена между ядром атома и электронами. И потому полупроводник может не обладать проводимостью или даже не обладать термоэлектронной эмиссией, пока не подвергнется некоторым явлениям.

Термин «ширина запрещённой зоны» является неверным термином.

Но, те полупроводники, которые значатся как «с широкой запрещённой зоной» являются веществами, где отсутствует непосредственный энергообмен между ядром атома и электронами.

Те полупроводники, которые значатся как «с узкой запрещённой зоной» являются веществами, где имеется непосредственный энергообмен между ядром атома и электронами.

Термин «работа выхода» связан с механизмом ядра атома, включающим (увеличивающим) термоэлектронную эмиссию. Опять же термоэлектронная эмиссия может включаться определёнными энергетическими явлениями. Так, например, облучение полупроводника светом может включить в атомах полупроводника термоэлектронную эмиссию. И потому – фотоэлектронная эмиссия – это частный случай термоэлектронной эмиссии. Эта гипотеза отвергает существование фотонов. В тоже время электромагнитные волны остаются востребованными. Фотоны не требуются, надо всего лишь изучить функции ядра атома.

Такие сложности существуют в модели атомов полупроводника.

В модели атома изоляторов связь электронов с ядром атома ещё более сильна, но и к ним тоже может быть применима гипотеза о передаче тепла посредством электронов.