الاختلاف الرئيسي بين نموذج الإلكترون الحر ونموذج الإلكترون الحر تقريبًا هو أن نموذج الإلكترون الحر لا يأخذ في الاعتبار تفاعلات الإلكترون والإمكانات ، في حين أن نموذج الإلكترون شبه الحر يأخذ في الاعتبار الإمكانات.
نموذج الإلكترون الحر هو نموذج ميكانيكي كمي مفيد في وصف سلوك حاملات الشحنة في مادة صلبة معدنية. نموذج الإلكترون شبه الحر هو نموذج ميكانيكي كمي يصف الخصائص الفيزيائية للإلكترونات التي تتحرك بحرية تقريبًا عبر شبكة بلورية من مادة صلبة.
ما هو نموذج الإلكترون الحر؟
نموذج الإلكترون الحر هو نموذج ميكانيكي كمي مفيد في وصف سلوك حاملات الشحنة في مادة صلبة معدنية. تم تطوير هذا النموذج في عام 1927 بواسطة Arnold Sommerfeld. قام بدمج نموذج Drude الكلاسيكي مع إحصائيات Fermi-Dirac الميكانيكية الكمومية. لذلك ، تم تسميته بنموذج Drude-Sommerfeld أيضًا.
هو نموذج بسيط للغاية ، لكنه مفيد في شرح العديد من النتائج التجريبية ، بما في ذلك قانون Wiedemann-Franz ، الذي يربط التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري ، والاعتماد على درجة حرارة السعة الحرارية للإلكترون ، وشكل الكثافة الإلكترونية للحالات ، والتوصيلات الكهربائية ، ونطاق قيم طاقة الربط ، إلخ. علاوة على ذلك ، يحل هذا النموذج التناقضات المتعلقة بنموذج درود ، ويعطي نظرة ثاقبة على العديد من خصائص المعادن. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر هذا النموذج تنبؤيًا عند تطبيقه على المعادن القلوية والنبيلة.
عند النظر في أفكار وافتراضات نموذج الإلكترون الحر ، هناك أربعة افتراضات رئيسية ؛ (1) تقريب الإلكترون الحر ، الذي يصف إهمال التفاعل بين الأيونات وإلكترونات التكافؤ باستثناء الظروف الحدودية ، (2) تقريب الإلكترون المستقل ، الذي يصف إهمال التفاعلات بين الإلكترونات ، (3) وقت الاسترخاء التقريب ، الذي يصف أن هناك بعض آلية تشتت غير معروفة بطريقة أن احتمال تصادم الإلكترون يتناسب عكسياً مع وقت الاسترخاء ، و (4) مبدأ استبعاد باولي ، الذي يصف أن كل حالة من النظام يمكن أن تشغل إلكترونًا واحدًا فقط
نشأ اسم "نموذج الإلكترون الحر" من الافتراضين الأولين المذكورين أعلاه ، واللتين تصفان أن الإلكترونات تعمل كجسيمات حرة لها علاقة تربيعية خاصة بين الطاقة والزخم.
ما هو نموذج الإلكترون شبه المجاني؟
نموذج الإلكترون شبه الحر هو نموذج ميكانيكي كمي يصف الخصائص الفيزيائية للإلكترونات التي تتحرك بحرية تقريبًا عبر شبكة بلورية من مادة صلبة. هذا النموذج مرتبط بشكل كبير بتقريب الشبكة الفارغة. يمكننا تسمية هذا النموذج كنموذج NFE أو نموذج الإلكترون شبه الحر. إنه يتيح فهم وحساب بنية النطاق الإلكتروني للمعادن. علاوة على ذلك ، يمكننا تحديد هذا النموذج على أنه تحسين لنموذج الإلكترون الحر.
يمكننا التعرف على نموذج الإلكترون شبه الحر كتعديل لنموذج الإلكترون الحر. على غرار نموذج الإلكترون الحر ، لا يأخذ هذا النموذج أيضًا في الاعتبار تفاعلات الإلكترون والإلكترون (تقريب الإلكترون المستقل).
ما هي أوجه التشابه بين نموذج الإلكترون الحر ونموذج الإلكترون شبه الحر؟
- كلا النموذجين مهمان في ميكانيكا الكم.
- هذه النماذج تصف سلوك الإلكترونات في الأنظمة.
- يستخدمون تقريب الإلكترون المستقل.
ما هو الفرق بين نموذج الإلكترون الحر ونموذج الإلكترون شبه الحر؟
نموذج الإلكترون الحر هو نموذج ميكانيكي كمي مفيد في وصف سلوك حاملات الشحنة في مادة صلبة معدنية. وفي الوقت نفسه ، فإن نموذج الإلكترون شبه الحر هو نموذج ميكانيكي كمي يصف الخصائص الفيزيائية للإلكترونات التي تتحرك بحرية تقريبًا عبر شبكة بلورية من مادة صلبة. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين نموذج الإلكترون الحر ونموذج الإلكترون الحر تقريبًا في أن نموذج الإلكترون الحر لا يأخذ في الاعتبار تفاعلات الإلكترون والجهد ، بينما يأخذ نموذج الإلكترون شبه الحر في الاعتبار الإمكانات.
يلخص الجدول التالي الفرق بين نموذج الإلكترون الحر ونموذج الإلكترون الحر تقريبًا.
ملخص - نموذج إلكترون مجاني مقابل نموذج إلكترون شبه مجاني
نموذج الإلكترون الحر هو نموذج ميكانيكي كمي مفيد في وصف سلوك حاملات الشحنة في مادة صلبة معدنية. نموذج الإلكترون شبه الحر هو نموذج ميكانيكي كمي يصف الخصائص الفيزيائية للإلكترونات التي تتحرك بحرية تقريبًا عبر شبكة بلورية من مادة صلبة. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين نموذج الإلكترون الحر ونموذج الإلكترون الحر تقريبًا في أن نموذج الإلكترون الحر لا يأخذ في الاعتبار تفاعلات الإلكترون والإمكانات ، بينما يأخذ نموذج الإلكترون شبه الحر في الاعتبار الإمكانات.
