История теории эфира и электричества - Уиттекер Э.
ISBN 5-93972-070-6
Скачать (прямая ссылка):
ах
где к обозначает теплопроводность металла, выраженную в подходящих
единицах; или
тл7 - ^ 3та da
2 q dx'
Если принять, что тепло в металлах проводится движением электронов, то
это выражение можно сравнить с предыдущим; таким образом, мы имеем
Сравнивая это выражение с уже определенной формулой для
электропроводности, мы имеем
д = %т(-\2
7 9 \е) '
уравнение, которое показывает отношение теплопроводности к
электропроводности имеет форму Тх постоянная, которая одинакова для всех
металлов. Этот результат согласуется с законом Видемана и Франца.
Более того, значение q известно из кинетической теории газов; а значение
е определили Дж. Дж. Томсон1 и его последователи. При подстановке этих
значений в формулы для к/7 достигается полное согласие со значениями к/7,
определенными из опытов.
Дж. Дж. Томсон заметил, что, если, как это постулирует вышеописанная
теория, металл содержит огромное количество свободных электронов, которые
находятся в температурном равновесии с атомами, то удельная теплоемкость
металла должна в значительной степени зависеть от энергии, которая
необходима, чтобы повысить температуру электронов. Томсон полагал, что
наблюдаемые удельные
теплоемкости металлов меньше тех, которые согласуются с теорией,
2 - - 3
что и привело его к исследованию следствии его первой гипотезы
о движении электронов, которая отличается от только что описанной почти
так же, как теория электролиза Гротгуса отличается от теории электролиза
Аррениуса. Теперь предполагалось, что каждый
гСм. стр. 431.
^Дж.Дж. Томсон The Corpuscular Theory of Matter, Лондон, 1907 г. ^См.
стр. 493.
500
Глава 13
электрон свободен только в течение короткого промежутка времени: от
момента, когда он высвобождается при диссоциации атома, до момента, когда
он сталкивается с другим атомом, который его поглощает. Атомы были
представлены как образующие диполи: один полюс каждого диполя заряжен
отрицательно, а другой - положительно. Под влиянием внешнего
электрического поля диполи располагаются параллельно электрической силе,
а электроны, которые выталкиваются из их отрицательных полюсов, создают
ток, который течет преимущественно в этом направлении. Таким образом,
можно вычислить электропроводность металла. Чтобы включить в свою теорию
теплопроводность, Томсон принял, что кинетическая энергия, с которой
электрон покидает атом, пропорциональна абсолютной температуре; так что
если одна часть металла горячее другой, то температура будет уравнена с
помощью взаимного обмена корпускулами. Эта теория, подобно другой,
приводит к рациональному объяснению закона Видемана и Франца.
Теория электронов в металлах получила поддержку из изучения другого
явления. Философам восемнадцатого века1 было известно, что воздух вблизи
раскаленного металла приобретает способность проводить электричество.
"Внесите конец раскаленной кочерги, - писал Кантон^, - на одно мгновение
на три-четыре дюйма внутрь небольшого наэлектризованного тела, и его
электрическая сила будет почти, если не совсем, уничтожена".
Этот предмет продолжал привлекать внимание время от време-ни ; и, когда
был лучше понят процесс проводимости в газах, проводимость, созданную
вблизи раскаленных металлов, стали объяснять эмиссией от металлов
электрически заряженных частиц. Однако заметные успехи были сделаны лишь
тогда, когда Дж. Дж. Томсон разработал теорию ионизации в газах. В 1899
году Томсон4 определил отношение заряда к массе заряженных смоляным
электричеством ионов, которые испускает горячая угольная нить накала в
разрежен-
^Возможно, впервые Дюфе в 1733 году.
2Phil. Trans. LII (1762), с. 457.
3Ср. Э. БеккерельЧппа/es de Chimie, XXXIX (1853), с. 355; Гатри Phil.
Mag. XLVI (1873), с. 254; также различные научные труды Эльстера и
Гейтеля в Ann. d. Phys., начиная с 1882 года и далее, особенно в Ann. d.
Phys. XXXVIII (1889), с. 315. Это явление очень заметно, как показал
Эдисон (Engineering [12 дек. 1884 г.], с. 553), когда угольную нить
нагревают до накаливания в разреженном газе. Впоследствии было
обнаружено, что ионы испускаются, когда окись магния или любой из оксидов
щелочноземельных металлов, нагревают до слабого красного цвета.
4Phil. Mag. XLVIII (1899), с. 547.
Классическая теория в эпоху Лоренца
501
ном водороде, наблюдая их отклонение в магнитном поле. Значение, которое
он получил для этого отношения, было практически равно значению, которое
он нашел для корпускул катодных лучей, откуда он заключил, что
отрицательные ионы, которые испускает горячий углерод, являются
отрицательными электронами.
Соответствующее исследование1 эмиссии от горячих тел положительных частиц
предоставило информацию о том, что масса положительных ионов - величина
того же порядка, что и масса материальных атомов. Существуют причины
полагать, что эти ионы
создаются из газа, который был поглощен поверхностным слоем ме-
2
талла .
Если, когда горячий металл испускает ионы в разреженном газе, между
