Особливістю даної гіпотези є розгляд променевого тертя з урахуванням величезних швидкостей теплового руху електронів. Гіпотеза зводиться до того, що в результаті дії електричного поля збільшується середня кінетична енергія руху електронів, що безпосередньо призводить до збільшення інтенсивності теплового випромінювання і є причиною гальмування зарядів і нагрівання провідника.
Розглянемо більш докладно процеси, що проходять в металевому провіднику. Будемо, як звичайно, вважати, що вільні електрони в металі, поводяться подібно до газу, що складається з заряджених частинок. Електрони знаходяться в стані хаотичного теплового руху, причому середня кінетична енергія теплового руху електрона пропорційна температурі.
При цьому електронний газ, як і будь-яке інше тіло, одночасно випромінює і поглинає теплову енергію в інфрачервоному діапазоні. У разі рівного розподілу температури газу і температури навколишнього середовища ці процеси знаходиться в стані теплової рівноваги. Очевидно, що потужність теплового випромінювання залежить від швидкості теплового руху і зростає з ростом V або W.
Нехай ця залежність для електронного газу виражається деякою функцією N (W), і нехай температура газу дорівнює Т0. що відповідає кінетичної енергії електронів W0 і потужності теплового випромінювання N0 (див. рис.1). Зауважимо, що для газу, що складається з незаряджених частинок ця залежність близька до закону Стефана, тобто N пропорційно W 4).
Мал. 1. Залежність теплового випромінювання від середньої кінетичної енергії електронного газу
При появі зовнішнього електричного поля, напруженістю Е електрони починають прискорене рух під дією сили Fk зі швидкістю U спрямованого руху, тобто виникає електричний струм.
де е - заряд електрона. При цьому передбачається (з теорії П.Друде), що швидкість U не росте до нескінченності через зіткнення з кристалічною решіткою. При кожному зіткненні швидкість скидається до нуля і, потім знову починає рости. Таким чином, середня швидкість U залежить від середньої довжини вільного пробігу, яка фактично і визначає опір провідника. Втрати на випромінювання прискореного електрона (променеве тертя) при цьому не враховуються. Теорія неправильно кількісно пророкує температурну залежність опору і має ще інші слабкі сторони. Дивно, що обнуляється тільки швидкість U, а швидкість теплового руху V при цьому не змінюється.
Пропонована вашій увазі гіпотеза полягає в тому, що опір виникає не внаслідок зіткнень з кристалічною решіткою, а в результаті додаткового випромінювання рухомого заряду.
При появі у зарядів під дією електричного поля додаткової швидкості U їх середня кінетична енергія зростає на величину # 916; W (в цьому легко переконатися на прикладі 2-х електронів зі швидкостями U + V і U-V)
що призводить до зростання інтенсивності теплового випромінювання на величину # 916; N і появи сили променевого тертя. Таким чином, швидкість спрямованого руху U зростає до тих пір, поки сила променевого тертя Ft не зрівняли з силою Fk = eE, після цього рух стає рівномірним з постійною швидкістю Um.
Випромінювання при цьому зберігається. Так як фактичні швидкості електронів з урахуванням теплового руху взагалі змінюються дуже незначно.
Дійсно, додаткова потужність теплового випромінювання електрона, викликана зростанням кінетичної енергії зарядів
# 916; N = # 936; # 916; W = # 936; mU 2/2,
Таким чином запропонована гіпотеза, на відміну від вищезгаданої (П.Друде), дозволяє отримати лінійну залежність опору провідника від температури.
На закінчення відзначимо, що, якщо спробувати визначити потужність променевого тертя, виходячи тільки з швидкості спрямованого руху зарядів U без урахування швидкості V, як це зазвичай і робиться (це відповідає точці W1, N1 на малюнку), то, внаслідок нелінійності кривої N (W ) потужність випромінювання буде дуже мала.
Розглянемо на реальному прикладі, у скільки разів зменшиться потужність гальмівного випромінювання, якщо її визначити без урахування теплового руху
Реально V = 10 5 м / с, U = 10 -4 м / с (j = 1А / мм 2) [1], # 916; N / N1 = 2V 2 / U 2 = 2 × 10 18.
Дійсно, при такому підході, променевим тертям можна знехтувати.
Всі матеріали в розділі "Наука і техніка"