Knowledge Base Wiki

Search for LIMS content across all our Wiki Knowledge Bases.

Type a search term to find related articles by LIMS subject matter experts gathered from the most trusted and dynamic collaboration tools in the laboratory informatics industry.

Szkic aparatu doświadczalnego, który posłużył do postulowania prawa Wiedemanna-Franza, z ich publikacji z 1853 roku

Prawo Wiedemanna-Franza – postulowane w 1853 roku przez Gustawa Wiedemanna i Rudolpha Franza, zakwestionowane doświadczalnie w 2011[1] prawo fizyczne, które stanowi, że stosunek przewodnictwa cieplnego i przewodnictwa elektrycznego w dowolnym metalu jest wprost proporcjonalny do temperatury[2].

Prawo to można wyrazić wzorem:

Gdzie:

  • K – przewodnictwo cieplne;
  • σ – przewodnictwo elektryczne;
  • T – temperatura wyrażona w kelwinach;
  • L – stała Lorentza, wyrażona wzorem:

Prawo to postulowali Wiedemann i Franz, którzy wspierając się swoimi wynikami doświadczalnymi ogłosili w 1853, że stosunek K/σ jest taki sam dla różnych metali przy stałej temperaturze[3].

Zależność od temperatury została odkryta w 1872 przez Ludwika Lorenza.

Prawo Wiedemanna-Franza miało wynikać stąd, że transport ładunków elektrycznych oraz ciepła jest powodowany przez istnienie wolnych elektronów w strukturze metalu. Wraz ze wzrostem temperatury następuje wzrost prędkości ruchu wolnych elektronów, co powoduje wzrost przewodnictwa cieplnego i jednocześnie spadek przewodnictwa elektrycznego.

Zakwestionowanie prawa Wiedemanna-Franza

Prawo było uznawane za poprawne przez ponad 150 lat, podczas których wielokrotnie doświadczalnie stwierdzano, że dla różnych metali stosunek K/σ jest taki sam przy danej temperaturze, z odchyleniami nie sięgającymi 50%[4]. W 1996 roku amerykańscy fizycy C. L. Kane i Matthew Fisher obliczyli, że w przypadku układów przestrzennych z elektronami ograniczonymi do pojedynczego łańcucha (do jednego wymiaru; długości) atomów metalu, prawo może zostać znacząco naruszone[5]. Według tych przewidywań, naukowcy z University of Bristol z grupy Nigela E. Husseya[1][4] wykazali doświadczalnie istotne odstępstwa od tego prawa.

Przypisy

  1. a b N. Wakeham, AF. Bangura, X. Xu, JF. Mercure i inni. Gross violation of the Wiedemann-Franz law in a quasi-one-dimensional conductor.. „Nat Commun”. 2 (396), Jul 2011. DOI: 10.1038/ncomms1406. PMID: 21772267. 
  2. William Jones, Norman H. March: Theoretical Solid State Physics. Courier Dover Publications, 1985. ISBN 0-486-65016-2. (ang.).
  3. G. Wiedemann, R. Franz. Ueber die Wärme-Leitungsfähigkeit der Metalle. „Annalen der Physik”. 8 (89), s. 497–531, 1853. DOI: 10.1002/andp.18531650802. (niem.). 
  4. a b Bristol physicists break 150-year-old law. University of Bristol, 2011-07-19. [dostęp 2011-07-22]. (ang.).
  5. CL. Kane, MP. Fisher. Thermal transport in a Luttinger liquid.. „Phys Rev Lett”. 76 (17), s. 3192-3195, Apr 1996. PMID: 10060898.