Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο<br />
Εποµένως, σε σύγκριση µε την ενέργεια που µεταφέρεται από τα κύµατα κυψελίδας, η ροή<br />
θερµότητας που µεταφέρεται από τα ηλεκτρόνια είναι γενικά αρκετά µεγαλύτερη. Ως εκ<br />
τούτου, στα µέταλλα οι κυρίαρχοι φορείς θερµότητας είναι τα ηλεκτρόνια.<br />
Η υπόθεση ότι στους ηµιαγωγούς η θερµότητα µεταδίδεται πιθανώς κατά ένα µέρος από<br />
phonon και κατά ένα άλλο µέρος από ηλεκτρόνια δεν είναι απόλυτα σωστή. Στην<br />
πραγµατικότητα, στους περισσότερους ηµιαγωγούς η θερµότητα µεταφέρεται κυρίως από τα<br />
phonon, διότι η πυκνότητα των ελεύθερων ηλεκτρονίων σε ένα συνηθισµένο ηµιαγωγό είναι<br />
σηµαντικά µικρότερη απ’ ότι σε ένα µέταλλο. Για παράδειγµα στα µέταλλα η πυκνότητα των<br />
ηλεκτρονίων φορέων είναι ~10 23 cm -3 , ενώ σε ένα ηµιαγωγό µικρότερη από 10 18 cm -3 . Σε<br />
ελαφρώς ή ενδιάµεσα νοθευµένους ηµιαγωγούς τα phonon είναι οι κυρίαρχοι φορείς. Ωστόσο,<br />
η συνεισφορά των ηλεκτρόνιων σε ένα πολύ νοθευµένο ηµιαγωγό είναι ικανοποιητική.<br />
∆εδοµένης της παραπάνω εικόνας για τους φορείς θερµότητας για τη διαδικασία της µετάδοσης<br />
δι’ αγωγής, η µετάδοση εξ επαφής µπορεί να γίνει σχετικά εύκολα κατανοητή, αφού η µόνη<br />
διαφορά µε τη δι’ αγωγής είναι ότι οι φορείς θερµότητας έχουν µια σταθερά εµφανιζόµενη µέση<br />
ταχύτητα που υπερτίθεται στην τυχαία τους ταχύτητα. Όταν ένα µόριο αερίου ή υγρού κινείται<br />
από ένα µέρος σε ένα άλλο λόγω της µη µηδενικής του µέσης ταχύτητας, µεταφέρει επίσης την<br />
εσωτερική του ενέργεια κατευθείαν από το ένα µέρος στο άλλο. Αυτή η απευθείας κίνηση της<br />
εσωτερικής ενέργειας στη µετάδοση εξ επαφής είναι πολύ διαφορετική από τη διαδικασία<br />
µετάδοσης δια αγωγής. Στην τελευταία, η θερµότητα µεταφέρεται λόγω ανταλλαγής ενέργειας<br />
των φορέων θερµότητας κατά τις κρούσεις. Μετάδοση θερµότητας δι’ αγωγής ενυπάρχει<br />
ακόµα και στη διαδικασία µετάδοσης εξ επαφής, διότι τα µόρια εξακολουθούν να εκτελούν<br />
τυχαία κίνηση. Στην πραγµατικότητα, στην εξ επαφής µετάδοση η τυχαία ταχύτητα κίνησης<br />
είναι συνήθως αρκετά µεγαλύτερη από τη σταθερά εµφανιζόµενη µέση ταχύτητα.<br />
Η θερµική ακτινοβολία περιλαµβάνει έναν άλλο φορέα θερµότητας, τα ηλεκτροµαγνητικά<br />
κύµατα. Σε µικροσκοπικό επίπεδο η θερµική ακτινοβολία οφείλεται στην περιοδική µεταβολή<br />
των φορτίων των ατόµων και των κρυστάλλων. Παρόµοια µε τα κύµατα κυψελίδας, ως<br />
αποτέλεσµα της κβαντοµηχανικής, τα ηλεκτροµαγνητικά κύµατα είναι κβαντισµένα. Ένα<br />
ηλεκτροµαγνητικό κύµα µε συχνότητα v µπορεί αν έχει ενέργεια που είναι πολλαπλάσιο του hv.<br />
Αυτό το µικρότερο κβάντο ενέργειας ενός ηλεκτροµαγνητικού πεδίου, hv, καλείται φωτόνιο.<br />
Και το φωτόνιο και το phonon είναι το βασικό κβάντο ενός κύµατος, το ένα για<br />
ηλεκτροµαγνητικά κύµατα και το άλλο για κύµατα ταλάντωσης κυψελίδας.<br />
67
Change language