В литературных источниках, в которых обсуждается вопрос о возможной зависимости заряда от скорости, утверждается, что зависимость величины заряда от этого параметра привела бы при нагревании проводников к большому увеличению их отрицательного потенциала. Именно это утверждение, не подкрепленное термодинамическими расчетами, постоянно приводится как аргумент того, что величина заряда не может зависеть от скорости.
Если в какой-либо структуре сосуществует несколько термодинамических подсистем, то их химические потенциалы должны быть равны. В проводнике имеется две подсистемы: решетка и электронный газ. Электронный газа в проводниках при обычных температурах является вырожденным и подчиняется статистике Ферми-Дирака, его химический потенциал зависит от температуры и удельной плотности электронов. При понижении температуры он увеличивается, достигая своего максимального значения при нулевой температуре.
Химический потенциал решетки с понижением температуры уменьшается. Таким образом, получается, что химический потенциал электронов при понижении температуры растет, а у решетки уменьшается. Но как тогда добиться, чтобы они были равны? Выход заключается в том, что химический потенциал электронного газа зависит от плотности электронов, и чтобы этот потенциал при уменьшении температуры тоже уменьшался, должна при понижении температуры уменьшаться и плотность электронов. Это означает, что для сохранения электронейтральности при охлаждении проводника от него должен быть обеспечен отток электронов, а при нагревании обеспечен их приток. Если этого не сделать, то при нагревании на образце будет появляться положительный потенциал, а при охлаждении отрицательный. Т.е. совсем, наоборот, по сравнению с предположениями, высказываемыми по этому поводу.
Для экспериментального подтверждения такого поведения проводников следует подключить к исследуемому образцу электрометр с высоким внутренним сопротивлением и начать образец охлаждать. При этом электрометр должен зарегистрировать появление на образце отрицательного потенциала. Особенно сильная зависимость будет наблюдаться при низких температурах, когда теплоемкость электронного газа и решетки одного порядка. Что же должно произойти при переходе образца в сверхпроводящее состояние? Во время такого перехода часть электронов начнет объединяться в куперовские пары, и в области энергии Ферми начнет образовываться энергетическая щель запрещенных состояний. Причем для оставшихся нормальных электронов это тоже будет запретная зона, поэтому для них останутся разрешенными только места выше верхнего края щели. Это приведет к тому, что свободных мест для оставшихся электронов не будет хватать, поэтому, в случае отсутствия оттока электронов из образца, он приобретет отрицательный потенциал. В работах [1,2] продемонстрированы экспериментальные факты, которые свидетельствуют о таком поведении образца при переходе его в сверхпроводящее состояние.
На химический потенциал решетки влияют различные факторы, в том числе внутренние напряжения и дислокации. И опять электроны проводимости будут являться соучастниками этого процесса. Стремление к равенству химических потенциалов опять приведет к появлению избытка или недостатка их количества. Медь является легко деформируемым материалом, в котором уже при небольших нагрузках появляется остаточная деформация, а, следовательно, и дислокации. При деформации образца на нем появляется статический потенциал, причем зависимость имеет сильный гистерезис, что свидетельствует о наличии необратимых процессов, связанных с появлением дислокаций [1,2].
Рассмотренные температурные и кинетические эффекты могут лечь в основу нового направления исследований, которое можно назвать электрополевой термокинетической спектроскопией. Суть метода заключается в том, что свободные заряды, будь то электронный газ в металлах или носители тока в полупроводниках или в плазме, являются участником превращений, происходящих в этих системах. Но равенство химических потенциалов всех участников процесса всегда будет заставлять свободные заряды подстраиваться под это равенство путем изменения их плотности. Поэтому, наблюдая зависимость потенциала исследуемых образцов от различных факторов, мы можем судить о тех превращениях, которые происходят в них. Это относится и к различным фазовым переходам. Например, в сверхпроводнике, наблюдая за показаниями электрометра, мы можем отчетливо видеть особенности этого перехода. Электростатический потенциал будет появляться и при механической деформации проводящих образцов, о чем мы уже сказали. Появление дислокаций в образцах также должно приводить к изменению их электростатического потенциала.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Менде Ф. Ф. Непротиворечивая электродинамика. Харьков, НТМТ, 2008, – 153 с. ISBN 978-966-8603-23-5.
2. Менде Ф. Ф. Великие заблуждения и ошибки физиков XIX-XX столетий. Революция в современной физике.. Харьков, НТМТ, 2010, – 176 с. ISBN 978-617-578-010-7.
