287
наиболее близки к ковалентному типу связей [77]. Это приводит к тому, что при соединении атомов длина эфирного потока у молекулы, состоящей всего из двух атомов, оказывается меньше, чем сумма длин путей эфирных потоков у атомов до соединения. Поэтому при соединении атомов в молекулу часть уплотненного завинтованного эфира выбрасывается из образовавшейся молекулы. В отличие от обычной ковалентной связи, при образовании которой выброшенная часть эфирного потока замыкается сама на себя, в металлах этот поток стимулирует организацию электрона за счет потоков эфира, оказавшихся между атомами (рис. 7.16).
Рис. 7.16. Металлическая связь в атомах и образование свободных электронов в металле
Образованный свободный электрон начинает хаотически перемещаться в межмолекулярном пространстве в пределах оболочки Ван-дер-Ваальса, соударяясь с электронными оболочками молекул и обмениваясь с ними энергией. При этом часть электронов выходит на поверхность металла и, устанавливаясь в шахматном порядке антипараллельно относительно друг друга, образует так называемую «поверхность Ферми» (рис. 7.17).
288
Рис. 7.17. Структура «поверхности Ферми»
Согласно электронной теории, свободные электроны в металлических проводниках образуют электронный газ. Двигаясь хаотично в межатомном пространстве тела проводника, электроны соударяются с поверхностями атомов и молекул, обмениваясь с ними импульсами и тем самым поддерживая общую для всего тела температуру. Именно наличие и подвижность электронного газа обеспечивает высокую теплопроводность металлических проводников. Однако при этом возникают вопросы, что представляет собой теплота твердого тела, в чем заключается механизм температуры твердого тела, что является в твердом теле носителем теплоты и чем физически теплота твердого тела отличается от теплоты газа.
В соответствии с электронной теорией свободные электроны, двигаясь хаотически между молекулами тела, непрерывно обмениваются с ними импульсами, чем способствуют выравниванию температуры в металле с высокой скоростью, что и отличает металлы от неметаллов -высокое значение коэффициента теплопроводности.
Тепловая скорость перемещения электронов в металле определится выражением
ЪкТ
Ve2 = -, (7.46)
me
где me = 0,9108-10 30 кг - масса электрона, откуда находим, что при температуре 20°С (293,3°К) средняя скорость теплового движения электрона составит 115,45 км/с.
Имея в виду, что количество электронов в металле должно быть равно количеству атомов, то их число в единице объема, как и атомов,
28 29 3
составляет порядка п =10-10 м" . Если бы электронный газ