关于固体中的输运现象介绍

[拼音]：guti zhong de shuyun xianxiang

[外文]：transport phenomena in solids

是在外场的影响下(可以是热的、电的、磁的)，固体内部发生的物质的、能量的、电荷的输运现象。这是固体内部的宏观的非平衡过程，是固体物理研究的基本问题之一。

没有温度梯度，仅存在恒定电磁场时，固体中的输运现象主要是电导、霍耳效应、磁致电阻三种现象。固体的电导指的是在恒定电场作用下，因体内部发生的电流（电荷输运现象），通常用电导率来表征材料的导电能力（见固体的导电性）。霍耳效应是在与电流垂直的方向上施加磁场，会引起一个与电流和磁场垂直的横向电势差，通常用霍耳系数来表征材料的霍耳效应的大小。磁致电阻指的是当外加磁场较强时，固体材料的电阻率发生变化，即磁场的存在对电导的影响。如电流方向和磁场方向相垂直，则为横向磁致电阻，电流方向与磁场平行时则为纵向磁致电阻。当存在浓度梯度时，就会发生固体中的扩散现象（质量输运现象）。当存在温度梯度时，固体中最简单的输运现象是热传导（见固体的导热性）。这是热量从高温区向低温区传输能量的过程。通常用热导率表征一种材料的导热能力。如果还存在电场，则除了通常的导电、导热现象外，还有三种热电效应，即珀耳帖效应、塞贝克效应、汤姆孙效应(见温差电现象)。如果磁场同时存在，则还会有热磁效应发生。主要的热磁效应为厄廷好森效应、能斯脱效应和里纪－勒杜克效应。

上述固体中的输运现象，由一系列的物理量如电导率、霍耳系数等表征，这些物理量称为输运系数，与固体材料本身的性质有关。到目前为止，固体中的输运现象的研究主要限于离开平衡态不太远的线性非平衡的稳态输运现象。可以唯象地采用线性不可逆过程热力学加以讨论，也可得到输运系数之间的一些普遍关系。如果承担输运任务的粒子系统比较稀薄，可采用玻耳兹曼输运方程（见统计物理学）从理论上计算输运系数。一方面是外界对系统的影响，另一方面系统存在趋向于平衡的弛豫效应，当这两种因素相抵时，系统达到稳态。解这个稳态的玻耳兹曼输运方程，便可计算出输运系数。而弛豫效应则决定于粒子系统（如电子、声子等）在输运过程所受散射的微观机理。由于输运系数在实验上均可以测定，因此通过实验数据与理论计算的比较，使我们对固体的结构与性质有更深入的了解。对于粒子间相互作用很强，或者很稠密的体系，以及粒子的量子性表面比较突出的系统，用玻耳兹曼方程来处理是不恰当的，近年来，也发展了不少针对各类情况的理论方法和模型。

参考书目

1. 王竹溪著：《热力学》，高等教育出版社，北京，1955。
2. 王竹溪著：《统计物理学导论》，高等教育出版社，北京，1956。