Vrije elektronentheorie Assumpties:

De vrije elektronentheorie, ook bekend als het Drude -model, is een vereenvoudigd model dat wordt gebruikt om de elektrische en thermische geleidbaarheid van metalen te verklaren. Het maakt verschillende veronderstellingen, die zijn:

1. Gratis elektronen:

* metaalatomen worden verondersteld losjes gebonden buitenste elektronen te hebben, die gemakkelijk van het atoom kunnen losmaken en vrij door het metaal kunnen bewegen. Deze elektronen worden "vrije elektronen" genoemd.

* De positieve ionen van het metaal worden beschouwd als gefixeerd in een roosterstructuur. Dit veronderstelt dat de interactie tussen de ionen sterk genoeg is om ze in een stabiele opstelling te houden.

2. Klassieke beweging:

* De vrije elektronen worden behandeld als klassieke deeltjes, die de bewegingswetten van Newton gehoorzamen. Dit houdt in dat hun beweging wordt beheerst door de klassieke fysica en geen kwantummechanica.

* wordt aangenomen dat elektronen willekeurig bewegen, zonder voorkeursrichting, in afwezigheid van een extern elektrisch veld.

3. Botsingen:

* Vrije elektronen botsen met de positieve ionen van het rooster. Deze botsingen worden verondersteld perfect elastisch te zijn, wat betekent dat er geen energie verloren gaat. Dit is een vereenvoudiging, omdat echte botsingen niet perfect elastisch zijn.

4. Gemiddeld gratis pad:

* wordt aangenomen dat elektronen in rechte lijnen tussen botsingen reizen, met een constante gemiddelde afstand tussen botsingen. Deze afstand wordt het gemiddelde vrije pad genoemd.

5. Thermisch evenwicht:

* elektronen worden verondersteld in een thermisch evenwicht te zijn met het rooster. Dit betekent dat de gemiddelde kinetische energie van de elektronen gelijk is aan de gemiddelde kinetische energie van de ionen.

6. Elektrisch veld:

* In aanwezigheid van een elektrisch veld worden de elektronen versneld door het veld en bewegen ze in een richting tegenover het veld. Dit leidt tot de geleiding van elektriciteit.

Beperkingen van de vrije elektronentheorie:

* De vrije elektronentheorie voorspelt niet nauwkeurig de specifieke warmtecapaciteit van metalen.

* Het kan het Hall -effect niet verklaren, wat het uiterlijk is van een spanning over een geleider die stroom in een magnetisch veld draagt.

* De theorie houdt geen rekening met de kwantumkarakter van elektronen.

Ondanks zijn beperkingen biedt de vrije elektronentheorie een eenvoudig en nuttig kader voor het begrijpen van de basis elektrische en thermische eigenschappen van metalen. Het vormt de basis voor meer geavanceerde modellen die rekening houden met de kwantumkarakter van elektronen en de interacties tussen elektronen en het rooster.