基本介紹
- 中文名：固體中的輸運現象
- 外文名：transport phenomena in solid
- 特點：固體物質的重要特徵
概念解釋,研究現狀,
概念解釋
當固體兩端保持一定溫度差時，固體中出現熱量從高溫端向低溫端傳送的熱傳導現象。通常用熱導率表征材料的導熱能力。若固體兩端雜質濃度不相同時，雜質原子就會從濃度高的一端向濃度低的一端擴散。這就是物質或質量的輸運現象。通常用擴散係數表征材料中粒子的擴散能力。擴散係數的大小依賴於材料和擴散粒子兩者的特性。沒有溫度差，只有恆定電場和磁場時，金屬和半導體中存在電導、霍耳效應和磁致電阻三種輸運現象。在恆定電場作用下，導體中出現電荷輸運現象而有電流，材料傳導電流的能力用電導率或電阻率來表征。霍耳效應是當在電流垂直方向上加恆定磁場時，在導體產生橫向（即同時垂直電流和磁場的方向）電勢差的現象。通常用霍耳係數來表征材料的霍耳效應的大小。磁致電阻是磁場的作用改變材料電阻率的現象。如電流與磁場方向相垂直時，稱為橫向磁致電阻；若兩者方向平行，則稱為縱向磁致電阻。當存在濃度梯度時，就會發生固體中的擴散現象。如果導體同時存在溫度差和電場，材料中除出現熱導（熱量從高溫區向低溫區傳輸能量的過程）和電導現象外，還出現三個熱電現象：珀耳帖效應、塞貝克效應、湯姆孫效應（見溫差電現象）。如果導體同時存在溫度差、電場和磁場，還會出現熱磁效應，主要有埃廷斯豪森效應、能斯特效應和里吉–勒迪克效應。
研究現狀
固體中的輸運現象，由一系列的物理量如電導率、霍耳係數等表征，這些物理量稱為輸運係數，與固體材料本身的性質有關。到目前為止，固體中的輸運現象的研究可以唯象地採用線性不可逆過程熱力學加以討論，也可得到輸運係數之間的一些普遍關係。如果承擔輸運任務的粒子系統比較稀薄，可採用玻耳茲曼輸運方程（見統計物理學）從理論上計算輸運係數。一方面是外界對系統的影響，另一方面系統存在趨向於平衡的弛豫效應，當這兩種因素相抵時，系統達到穩態。而弛豫效應則決定於粒子系統（如電子、聲子等）在輸運過程所受散射的微觀機理。由於輸運係數在實驗上均可以測定，因此通過實驗數據與理論計算的比較，使我們對固體的結構與性質有更深入的了解。對於粒子間相互作用很強，或者很稠密的體系，以及粒子的量子性表面比較突出的系統，用玻耳茲曼方程來處理是不恰當的，近年來，也發展了不少針對各類情況的理論方法和模型。
