|
Vardır.
Bu ilişki Wiedemann-Franz kanunu olarak bilinir.Metaller iyi bir elektrik
iletkendir.Çünkü içlerinde birçok serbest yük barındırırlar.Serbest yükler
genellikle negatif elektronlardır.Fakat tungsten gibi bazı metallerde serbest yükler pozitif oyuk(hole)lardır.
Bir metal üzerindeki iki nokta arasında
voltaj farkı varsa, elektron hareketine neden olan elektrik alanı
yaratır.Elektronlar hareket sırasında durağan atomlara çarpar ve yavaşlar.Bu
direnç, metalin yapısına bağlıdır.Bir elektronun çekirdeğe çarpmadan aldığı
yol uzadıkca direnc azalır.Ve elektrik iletkenliği artar.Elektronların
çarpışma yapmadan aldıkları ortalama yol "ortalama serbest yol"(mean free
path) olarak adlandırılır.Fakat üzerinde durulması gereken başka bir etmen
daha vardır.Elektrik alanına tepki vererek akım yaratan elektronların, ışık
hızıyla kıyaslanabilecek büyüklükte ısısal hızları vardır.Ancak rastgele
hareket ettikleri için ortalama olarak hiçbir yere gitmezler.Sonuç olarak
ısısal hız akım yaratmaz.
Isı iletkenliği de elektrik iletkenliği gibi
büyük oranda serbest elektronlara bağlıdır.Örneğin metalin uçları arasında
ısı farkı olduğunu düşünelim. Elektronlar sıcak uçta soğuk uca göre daha
yavaş hareket ederler.Ve daha hızlı elektronlar yavaş elektronlara enerji
aktararak, yavaşlarlar.Aynı elektrik iletkenliğinde olduğu gibi "ortalama
serbest yol" arttıkca, enerji transfer hızı artar.Sonuçta ısı iletkenliği
artmış olur.Ancak transfer hızı ısısal hıza da bağlıdır.Hız arttıkca daha fazla
ısı akımı daha fazla çarpışma olması anlamına gelir. Aslında ısısal
iletkenlik, "ortalama serbest yol" la ısısal hızın çarpımıdır.Elektrik ve ısı
iletkenliğinin her ikiside yalnızca "ortalama serbest yol" la değil, ama
elektron kütlesi ve birim hacimdeki serbest elektron sayısı gibi başka ortak
özelliklere de bağlıdır.Fakat yukarıda anlatıldığı gibi, elektronların
ısısal hızı, elektrik iletkenliği ile ters , ısı iletkenliği ile doğru
orantılıdır. Sonuç olarak ısı iletkenliğinin elektrik iletkenliğine oranı
ısısal hızın karesine bağlıdır.Bu oran
(π²/3)*((k/e)²)
* T k -> Boltzman sabiti, e -> Elektron yükü, T ->
Sıcaklık
=
2.45x10-8 *
T dir.
|
