Электронная теплоёмкость. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Электронная теплоёмкость

Электронная теплоёмкость - часть полной теплоёмкости твёрдого тела, обусловленная тепловым движением электронов. Электронная теплоёмкость диэлектриков и слаболегированных полупроводников, как правило, пренебрежимо мала. В вырожденных полупроводниках и металлах (в несверхпрово-дящем состоянии) при достаточно низких темп-pax электронная теплоёмкость С, вносит заметный вклад в полную теплоёмкость С. Его можно оценить, рассматривая электроны (или дырки) как идеальный ферми-газ квазичастиц, характеризующихся нек-рой плотностью состояний 2N(

), где N(

)- плотность одночастичных состояний с определ. проекцией спина. Тепловое возбуждение испытывают лишь квазичастицы в интервале энергий ~kT вблизи уровня Ферми

; при kT<<

их число ~2N(

)kT, а их тепловая энергия ~2N(

)(kT)², следовательно, C_э~2N(

)k²T. Т. о., теплоёмкость вырожденного газа электронов или дырок подчиняется линейному закону и при достаточно низких Т может превзойти решёточную теплоёмкость С_р=bТ³. Более детальный расчёт при тех же условиях приводит к ф-ле:

Соотношение (1) используют для определения значений N(). Для разделения электронного и решёточного вкладов в теплоёмкость данные о полной низкотемпературной теплоёмкости обычно аппроксимируют полиномом нечётных степеней по T:

Члены, содержащие T⁵ и более высокие степени Т, обусловлены отклонением свойств реального кристалла от описываемых Дебая теорией; если они малы в сравнении с предыдущими, то коэф. g и b можно найти соответственно по отсечке и наклону графич. зависимости С/Т от Т², экстраполированной к T=0 К.

Ф-ла (1) неприменима в тех случаях, когда для участвующих в тепловом возбуждении электронов N() имеет выраженную структуру. Напр., если тепловое движение электрона представляет собой переходы между двумя уровнями, разделёнными энергетич. щелью Д, то Э. т. имеет т. н. аномалию Шоттки:

Здесь N - число одноэлектронных центров с двухуровневым спектром. Щель D в спектре электронных возбуждений появляется также при переходе металлов и вырожденных полупроводников в сверхпроводящее состояние; вследствие этого их электронная теплоёмкость становится экспоненциально малой при kT<<D. В точке сверхпроводящего перехода (Т= Т_с) Электронная теплоёмкость имеет характерную для фазовых переходов II рода особенность, наблюдаемую в виде скачка dС. В приближении слабой связи dС1,43gТ_с. Этот факт используют для идентификации перехода проводника в состояние объёмной сверхпроводимости; в случае поверхностной сверхпроводимости скачок Э. т. мал соответственно кол-ву сверхпроводящей фазы.

Литература по

Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., М., 1978. С. Н. Лыков.

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира