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试问:“光波”和“电磁波”的自然属性完全一样吗?(3)

(2014-10-08 16:50:22)
标签:

一对容易被混淆的波

导波

光波








 

试问:“光波”和“电磁波”的自然属性完全一样吗?(3

 

 

 

——三言两语简述导体、半导体和绝缘体的导电性

 

 

全文详见以下国立台湾师范大学物理系(黄福坤)老师主导的论坛网址:

 

http://140.122.141.1/demolab/phpbb/index.php/one_d_kinematics/swf/viewtopic.php?topic=19857

 

我们在该论坛上的注册名为:lxg6226

 

现在因为大陆实行网络管控,我们很长时间都无法登陆该论坛,同国立台湾师范大学物理系(黄福坤)老师和他的学生进行互动啦。

 

首先,我们要感谢黄福坤老师(hwang@phy03.phy.ntnu.edu.tw)继续保留了这个老网址,从而使得我们曾经付出的智力劳动结果,得以保留至今。相反,在北大量子化学论坛和厦大量子化学论坛,以及在163.net上的博客,虽然我们也是注册用户,也曾经辛勤地付出了多年的笔耕,也为它们聚集人气做出了努力,却被它们毫不迟疑地全部删除。

 

在我们看来,作为物理系的本科生来说,准确、正确地认识和理解导体、半导体和绝缘体的导电性,继承和学习我们伟大前辈的奠基性的工作,一向都具有不言而喻的重要性。我们在该论坛上之所以选择繁体字,那是为了照顾国立台湾师大的师生平日的书写习惯,但它可能对我们大陆的学生和围观客,造成一定的辨识困难,对此,我们深表诚恳的歉意。

 

 

 

 

为何金属高温会高电阻

 

 

2008-06-10 21:44:09, r12214001 写了: 为何金属高温时会高电阻

 


 

 

 

闭合回路中的电流,并不是材料内的自由电子从电池获得能量,从负极流向正极的途中经过了负载。回路中的电流是金属导线以及负载中的自由电子和束缚金 属离子在外部电池的电场力的作用下,集体作单向振动(金属束缚离子和自由电子的集体振动方向相反)形成了电流的方式来传递电波,其中电波的相速度超过真空 光速(如果导线是金、银、铜材),或者略低于真空光速(如果导线是铝材)。这种闭合回路中的导线和负载的金属离子和自由电子的单向振动,如果没有了外部电 池的驱动,很快就会停止下来。此外,由于闭合回路中的导线和负载的束缚金属离子的质量远比自由电子的质量大得多,因此,自由电子的单向振动对电流的贡献最 大,而束缚金属离子的单向振动对电流的贡献很小。

 

电阻源于于闭合回路中的导线和负载的金属离子和自由电子的单相振动存在阻尼,结果导致导线和负载发生了不可逆的热耗散——即电池的一部分电能被转换成了热能。

 

温度升高的时候,闭合回路中的导线和负载的金属离子和自由电子的单向振动传递电波的方式受到了扰动,温度增加加大了金属离子和自由电子的无序运动的形式,使得振动的阻尼增大,导致了电阻的增加。

 

 

 

谢谢

 

 

Quote:


 

2008-11-19 01:25:45, 牛角尖 写了:

A~~等等.等等.....,请问一下喔! 1.何谓单向振动? ( 振动不都是 有去有回 ,才叫振动吗?) 2.何谓在导体内 传递电波? 3.单向振动.传递电波 , 是否可以解释 半导体?


 

 

 

在外电源的矢量电场的策动下,导线中的电流是自由电子和金属束缚离子振动状态的单向传递电能的过程——即有向波动,这个传递方向是由外电场的决定 的。电波是一种相波,尽管传递电波的自由电子和金属束缚离子在原地左右往返振动,它传递电波的能量是有方向的,并且和外电场的方向相同(束缚金属阳离子) 或相反(自由电子)。正是由于导线中的电流是自由电子和金属束缚离子振动状态的单向传递电能的过程,所以导线中的电流传递速度是每秒30公里左右,回路接 通外电源的瞬间,整个回路中的任何一处的金属导线瞬间处处充满了电流。

 

 

为何不能是电子移动?假如负极电子不断流失,就会导致负极一端发生化学电离了。这是用粒子来思考波动。所谓的电子漂移速度并不是真实的电子在导线中从负极到正极的移动速度,它是一种热振动的平均速率。

 

谢谢

 

 

 

 

Quote:


 

2008-11-19 01:25:45, 牛角尖 写了:

2008-06-10 23:55:35, r12214001 写了: ....那半导体又该怎么解释 


 

 

 

在量子力学以前,关于金属的导电理论是特鲁德的金属电子论。他在1900年首先提出,金属内有大量的自由电子不断和金属离子碰撞,在一定的温度下达到热平衡,因此,金属中的自由电子具有了确定的平均速率和平均自由程。

 

 

根据这个假想模型,闭合回路在外电源的外电场的作用下,电子产生了平均统计的漂移运动引起电流,也因此金属有了很好的热传导性,电导和热导都是起因于自由电子的这种统计漂移。它能解释魏德曼-弗兰兹经验定律,但是不能解释金属电阻为何会随着温度下降而减小的原因。

 

 

1904年洛仑兹提出来洛仑兹金属电子论,他改进了特鲁德的模型,设想金属内的自由电子是自由电子气体,这种自由电子气体符合麦克斯韦-波尔兹 曼统计定律,自由电子和金属离子的碰撞是完全弹性的。但是,这种理论不能解释为何金属的比热主要是由束缚态的金属离子的振动(即晶格振动)贡献的,并且远 远大于自由电子气体的振动贡献。

 

随后,索莫菲从量子学的角度对洛仑兹模型重新进行了重大改正,提出来了索莫菲金属电子论。他认为金属中的自由电子气体是一种价电子气体,而且是



剩余的内容为何要被粗暴截断了?



 


    随后,索莫菲从量子学的角度对洛仑兹模型重新进行了重大改正,提出来了“索莫菲金属电子论”。他认为金属中的自由电子气体是一种价电子气体,而且是 一种理想气体,价电子之间完全没有相互作用力,各自独立运动,它们在平均统计的势场中运动,服从费米-狄拉克的量子统计分布规律。索莫菲计算了量子的电子 气体的比热,和实验吻合,一举解决了经典唯象统计理论的难题。金属中虽然有大量的价电子,但只有费米面上附近的价电子才会受热激发而跃迁到高能级,从而对 金属比热做出贡献,故而电子的热容量很小。


 

 

有了以上的认识,可以讨论半导体和绝缘体的导电性了,这就是把索莫菲的费米面的价电子导带理论自然延伸到半导体和绝缘体。绝缘体,比如各种金属 氧化物(陶瓷==),各种半导体氧化物(玻璃==),各种惰性气体,各种有机溶剂,==,费米面上的价电子都是满带,非常稳定,都是束缚电子。在不是巨大的外 电场的作用下,这些束缚价电子和各种束缚离子依旧被牢牢束缚在费米面上,并不跃迁到高能态的导带上。同样,费米面上附近的束缚价电子和各种束缚离子受到外 界热激发,假如这个外界温度不是足够高到使其跃迁到高能级的导带上,导致了绝缘体的电导和热导一律都不如金属。

 

 

呵呵,半导体呢?它的费米面上附近的束缚价电子处于半满状态,它是半束缚半自由的电子。相信你自己有能力分析了。

 

 

 

 

特别补充一点:

 

 

自由电子波和束缚金属离子波的总和对金属的电流做出了贡献。和真空电磁波不同的是,德拜认为金属中的自由电子波和束缚金属离子波的纵波和横波都对金 属的电流做出了贡献,而且他还假设金属中的自由电子波和束缚金属离子波的纵波(电应力波)和横波(电弹性波)都具有相同的速度——即相同的位相速度。它们和真空电磁波不同,真空电磁波只能是横波,没有纵波。而且金属的电波和机械声波很不相同,对于机械声波而言,纵波(应力波)的相速度远远大于横波(弹性 波)的相速度。比如,地震机械波就是如此。

 

所以,当我们讨论物质粒子的波-粒二象性的时候,一定不要忘记电子波和离子波的波动必须明确区分开它们和光波(电磁波)的不同物理特征,即电子波和 离子波的波动,以及任何其它带电粒子(轻子、介子、重子)的波动,它们一律不但具有平移性质的应力纵波,还同时兼有剪切性质的弹性横波。

 

 

谢谢

 

 

 

 

 

 

 

 

Quote: 导波


 

 

 

导波(即闭合电路里导电体中的电磁波的简称)和真空中的光波的差别非常复杂,也非常深刻。这是因为闭合电路里导电体,在热力学中,通常可以被粗略地分为以下三种不同的情形:

 

1.固体导波

2.液体导波(即闭合电路里电解质液体)

3.气体导波(带闭合电路里电粒子气体)

 

 

导波

凝聚态导波

气态导波

固态导波

流态导波

固体导波

液体导波

气体导波

纵波导波

横波导波

横波导波

横波导波





 

 

 

 

 

在闭合电路里导电固体中,这种带电物质的电磁波分为“纵波导波”和“横波导波”两种。而其中的“纵波导波”所导致的一系列新的物理现象:

 

 

1. 纵波导波阻抗

2. 纵波导波感抗

3. 纵波导波衍射

4. 纵波导波干涉

5. 纵波导波通量

6. 纵波导波发射率

7. 纵波导波发射率

8. 纵波导波吸收率

9. 纵波导波群速度

 

………………………………………………………………………………

 

显而易见,这种带电物质的电磁波的“纵波导波”和它的“横波导波”迥然殊异,根本不可混为一谈!

 

 

 

 

 

两种不同的粒子

固体粒子

真空光子

带电费米子

带电玻色子

光玻色子




 

 

 

两种不同的电磁波

固体导波

真空光波

带电费米子导波

带电玻色子导波

光玻色子波

带电费米子纵波

带电费米子横波

带电玻色子纵波

带电玻色子横波

光玻色子横波






 

 

 

在闭合电路里导电固体中,由电子,正离子,负离子这三种不同的物质波的“波·粒二象性”要比真空中的光子的“波·粒二象性”复杂多样。因为,真空中的光子是一种单纯的玻色子,它的“波·粒二象性”,只有“玻色子横波·粒二象性”这一种而已。相反,在闭合电路里导电固体中,电子是一种费米子,而正离子和负离子都是带电原子、或者带电分子,一般需要细分为两种不同的带电粒子:带电费米子和带电玻色子。因此,闭合电路里导电固体中的“波·粒二象性”,除了必须要被划分为“纵波·粒二象性” 和“横波·粒二象性”这两大类之外,还要进一步细化为以下四种不同的类型:

 

1. 带电费米子纵波·粒二象性

2. 带电费米子横波·粒二象性

3. 带电玻色子纵波·粒二象性

4. 带电玻色子横波·粒二象性

 


 

 

两种不同的波·粒二象性

导电固体中的波·粒二象性

真空中光的波·粒二象性

带电费米子

波·粒二象性

带电玻色子

波·粒二象性

光玻色子波·粒二象性

带电

费米子

纵波·粒

二象性

带电

费米子

横波·粒

二象性

带电

玻色子

纵波·粒

二象性

带电

玻色子

横波·粒

二象性

光玻色子横波·粒二象性






 

 

 

 

 

非常明显,在上述的矩阵表格中,在世界科学史上,我们前所未有、盖世无双地将世界科学共同体耳熟能详的“波·粒二象性”划分为四种不同的类型了,史无前例地深化了当代科学知库最为重大的基本概念

 

 

 

 

 

波·粒二象性

费米子波·粒二象性

玻色子波·粒二象性

费米子

纵波·粒二象性

费米子

横波·粒二象性

玻色子

纵波·粒二象性

玻色子

横波·粒二象性





 

 

 


 相关链接:


  试问:“光波”和“电磁波”的自然属性完全一样吗?(1)

  试问:“光波”和“电磁波”的自然属性完全一样吗?(2)

  试问:“光波”和“电磁波”的自然属性完全一样吗?(3)

 

 

 

 

 

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