Правило Матієсена

Правило Матієсена: температурна залежність опору металів при низьких температурах

Правило Матієсена — емпіричне правило, що встановлює залежність опору металів від температури при низьких температурах. Воно стверджує, що при низьких температурах опір металу пропорційний його абсолютної температурі. Це означає, що при зниженні температури опір металу зменшується, а при підвищенні температури опір металу збільшується.

Зміст

1. Правило Матієсена
2. Фізична природа правила Матієсена
3. Застосування правила Матієсена
4. Обмеження правила Матієсена
5. Висновок

Правило Матієсена було вперше сформульовано голландським фізиком Г. К. Матієсеном у 1864 році. Він встановив, що опір металу при низьких температурах пропорційний його абсолютній температурі. Це означає, що графік залежності опору металу від температури при низьких температурах є прямою лінією.

Правило Матієсена може бути записано у вигляді формули:

R = R₀(1 + αT),

де R — опір металу при температурі T, R₀ — опір металу при 0 K, α — температурний коефіцієнт опору металу.

Температурний коефіцієнт опору металу є позитивним, що означає, що опір металу зменшується при зниженні температури і збільшується при підвищенні температури.

Фізична природа правила Матієсена

Фізична природа правила Матієсена пояснюється тим, що при низьких температурах основним механізмом розсіювання електронів провідності є розсіювання на фононах. Фонони — це кванти звукових хвиль у твердому тілі.

При підвищенні температури теплові коливання атомів кристалічної решітки металу збільшуються, що призводить до збільшення числа фононів. Чим більше фононів, тим більше електронів провідності розсіюється на них, і тим більше опір металу.

Застосування правила Матієсена

Правило Матієсена широко використовується для визначення температури металів і сплавів при низьких температурах. Для цього вимірюють опір металу при двох різних температурах і потім використовують формулу правило Матієсена для розрахунку температури металу.

Правило Матієсена також використовується для вивчення властивостей металів і сплавів при низьких температурах. Наприклад, правило Матієсена використовується для вивчення надпровідності, яка є явищем, при якому опір металу різко падає до нуля при деякій критичній температурі.

Обмеження правила Матієсена

Правило Матієсена справедливе тільки для металів і сплавів при низьких температурах. При високих температурах опір металів і сплавів не пропорційно температурі.

Крім того, правило Матієсена не справедливе для металів і сплавів, які мають магнітну впорядкованість. Це пов’язано з тим, що при магнітній впорядкованості в металі або сплаві з’являються магнони, які також можуть розсіювати електрони провідності.

Висновок

Правило Матієсена є важливим емпіричним правилом, яке встановлює залежність опору металів від температури при низьких температурах. Воно широко використовується для визначення температури металів і сплавів при низьких температурах, а також для вивчення властивостей металів і сплавів при низьких температурах.

Питання, що часто задаються

1. Що таке правило Матієсена?
2. Яка фізична природа правила Матієсена?
3. Де використовується правило Матієсена?
4. Які обмеження правила Матієсена?
5. Як правило Матієсена використовується для визначення температури металів і сплавів при низьких температурах?