Wiedemann–Franz-Gesetz

Das Wiedemann–Franz-Gesetz ist ein physikalisches Verhältnis, das die elektrische Leitfähigkeit eines Metalls mit seiner Wärmeleitfähigkeit in Beziehung setzt. Es besagt, dass das Verhältnis der elektrischen Leitfähigkeit zur Wärmeleitfähigkeit eines Metalls proportional zur Temperatur ist und gleich einer Konstanten, bekannt als Lorenz-Zahl, ist. Das Wiedemann–Franz-Gesetz ist nach den deutschen Physikern Georg Wiedemann und Robert Franz benannt, die es Mitte des 19. Jahrhunderts erstmals vorgeschlagen haben.

Ableitung des Wiedemann–Franz-Gesetzes:

Mathematisch kann das Wiedemann–Franz-Gesetz wie folgt ausgedrückt werden:

σ/κ = L T

wobei:

σ – Elektrische Leitfähigkeit des Metalls

κ – Wärmeleitfähigkeit des Metalls

L – Die Lorenz-Zahl

T – Temperatur des Metalls

Das Wiedemann–Franz-Gesetz basiert auf der Idee, dass die Wärme- und Elektrizitätsleitung in einem Metall mit der Bewegung der Elektronen des Metalls zusammenhängt. Laut dem Gesetz ist das Verhältnis der elektrischen Leitfähigkeit zur Wärmeleitfähigkeit eines Metalls ein Maß für die Effizienz, mit der die Elektronen des Metalls Wärme transportieren.

Das Wiedemann–Franz-Gesetz ist nützlich, um die Wärme- und Elektrizitätsleitung von Metallen bei verschiedenen Temperaturen vorherzusagen. Es ist auch hilfreich, um das Verhalten von Metallen in elektronischen Geräten zu verstehen, wo sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die Wärmeleitfähigkeit wichtige Überlegungen sind. Das Gesetz gilt im Allgemeinen als gute Näherung für die meisten Metalle bei niedrigen Temperaturen, aber es kann bei höheren Temperaturen oder in Gegenwart starker Elektron-Phonon-Wechselwirkungen versagen.

Einschränkungen des Wiedemann–Franz-Gesetzes:

• Der Wert von L variiert je nach Stoff.

• Dieses Gesetz gilt nicht bei Zwischentemperaturen.

• In reinen Metallen steigen sowohl σ als auch κ, wenn die Temperatur sinkt.

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