难以置信:目前人类对导热微观机理的认识约等于0
admin
2024-03-28 06:22:05
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我觉得:

原子振动,互相碰撞。作为一个整体,原子必然首先要通过外层的电子振动,导致磁场变化,原子核运动?

为什么高热又有红外线?可能是原子碰撞时,电子之间产生的?

作者:洗芝溪
链接:https://www.zhihu.com/question/570217390/answer/2786682465
来源:知乎
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导热也是唯象理论最横行的方向之一。

以铜的导热为例,很多人可能只记住了前面那句,电子导热,说穿了还是电声耦合在起作用。

明明最终都是声子,为什么一定要这么详细地强调是电子而不是声子导热呢?为了解释为什么那么快。

铜的导热性好,空气的导热性差,所以用理想气体那种分子随机运动的平均动能来解释,漏洞过于明显。巧了嘛,铜不是导电性也好嘛,顺手就把电子扯过来,让它连热一起导了。

Onsager倒易大家都学过,热导、电导、磁导,全都串着的,谁也分不开。所以你非要说电子在导电时没导热,好像也确实说不过去。

实际上,用电子跑得快来解释导热性好,根本就是没法自洽的理论。众所周知,自然物质中的导热之王是钻石,导热能力远超铜好多倍,用导热能力来检验钻石的真伪也是常用的办法。有趣的是,同样作为碳的单质,导电能力远超钻石的石墨,其导热能力就相当平庸了。

于是又出现了专门针对绝缘体的纯声子导热的理论模型,怎么导的呢?或许就是把原子想像成牛顿摆吧,一个撞一个,这样就传开了。

或许你可能会说,金刚石硬、石墨软啊,硬的东西导热更显著。马上又有反例了,硬度差不多的硅和它的氧化层,导热系数差两个数量级。这也是CPU散热一直是个大难题的原因。

总之,热流不像电流,一个欧姆定律至今都还能用。总结热流规律的所谓傅立叶定律,几乎就没怎么工作过。核心问题在哪?

电子是一个对力、热、电、磁、光激发都会响应的神奇粒子,而且很听话,指哪打哪。原子就没那么听话了,声子则更难以被操控。

与光子一样,声子也没有化学势,不能像电子那样左右加个化学势差就能扩散。声子你要把它从材料的左边赶到右边去,谈何容易。

你可能会说,加个温度差不就行了吗?

温度对应的是能量,化学势才对应粒子数,千万别搞反了。声子和光子一样,它的能量就是它的频率。要想通过温度差传递能量?

频率是什么,频率是原子振动的简正模式。一个分子也好,一个晶体结构也罢,一旦结构确定,它的简正模式是可以严格解出来的。你解出来是1000个波数,你说我加个温度差,变成990个波数?那就太没文化了。

做功和传热,是自打有热力学以来就要讨论的两个核心问题。当年为什么最终要搞出个热功当量,就因为传热这事儿没有定论,无从下手,只能间接测量。这个问题直到今天仍然是个问题,仍然没有任何解决的方案。

前几年热输运也热过一段时间,什么热二极管、热三极管的,炒得挺热闹。后来拓扑一出来,又一窝蜂全转声子晶体去了。说到底,缺少底层逻辑,研究起来都是空中楼阁。

当然也不是完全没机会了。以前说过,量子Szilárd热机或许已经给出了在波动性的大框架下研究热导的新方案。

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