Вчера нямах време да пиша за "вълшебствата"
Значи Бонго електроните са основните носители на температурата. По принцип и кристалните решетки се "нагряват", т.е. почват да вибрират като тези вибрации физиците представят като виртуални квази частици (фонони). Тези "частици" също може да се движат. Но като цяло електроните могат да поемат много повече енергия и да се движат по-свободно, отколкото фононите.
Така че като нагряваш един материал (особено проводящ) енергията отива основно в токоносителите. Когато другия край на този материал е студен преносът на топлината е де-факто пренос на заредени с енергия токоносители.
Буквално нулева топлопроводимост не е възможна. Но ако искаш ниска топлопроводимост най-добре да нямаш токоносители, демек това дето го казваш да имаш хем нулева топлопроводимост, хем да тръгнат едни токове е научна фантастика. Няма как да стане. Не и с познатите ни токоносители, особено пък електроните
Иначе термодвойките и изобщо всичко свързано с температури е може би най-зле обяснено. Много хора не го разбират, а може би няма и нужда, не знам. Специално за термодвойките обикновено се казва, че се получава градиента (ефекта на Зеебек) и до там. Даже и аз по-горе по тоя начин го обясних. Но този начин нито е пълен, нито е точен. Примерно с напрежение няма как да се обясни термодвойка от два суперпроводника. Има такива и те работят, но реално напрежение няма и няма как да има върху проводници с нулево съпротивление. Всъщност, ако трябва да бъда коректен математически казват че имало ефективно напрежение, но за целта разделят потенциала на химически и електрически, но това е друга тема. На практика ако е от суперпроводници термодвойката е просто кръг, в който няма напрежение естествено, но тече ток и този ток създава магнитно поле. Демек мери се магнитното поле, щото то е пропорционално на температурата.
Проблемът с обясненията е, че от една страна имаме нещо на много високо ниво като температурата (статистика на макро ниво). От друга се опитваме да го обясним на ниско ниво с квантова физика. А не може без нея... Сега като се замисля и в тоя пост по-горе пак имам сериозни непълноти. Писах за токоносителите и връзката им с температурата. Всъщност температурата има повече преносители. Първо преносителите могат да се разделят на два вида - бозони и фермиони. От бозоните типичен представител е фотона, който е преносител на електромагнитни взаимодействия. Но тези взаимодействия са свързани с температурата. Примерно фотон от Слънцето има спектър който съответства някъде на 3-4000 градуса.
Друг интересен "бозон" са купаровите двойки в суперпроводниците. Бозони са, защото две двойки могат да имат еднакво квантово състояние. Докато да кажем електрона е фермион и не може да има два електрона в едно и също състояние. От тук идва и "аналогията" ми от предния пост с газовете. Не може да има два електрона в една и съща точка. И това не е само заради електрическия им заряд и това че се отблъскват. Отблъскването може да се преодолее, но принципа на Паули не може извън черна дупка. Така че единичен електрон има много сериозни причини да се отблъсква.
Самият механизъм на отблъскване също е интересен. Хайде да кажем че топлия край на термодвойката го нагряваме с инфрачервена печка, демек стреляме с фотони. Да кажем един фотон улучва електрон. Общата представа, е че фотонът е преносител на импулс, демек електрона се удря и почва да се шматка насам-натам. Колкото повече се шматкат електроните толкова по-голямо е взаимното им отблъскване, т.е налягане. Това не е съвсем вярно, освен това често си представяме, че все едно електрона е нещо като облаче, което набъбва по размер.
Всъщност квантовата физика казва точно обратното. Електронът като квантова частица има двойствен характер, т.е и вълна и частица, според зависи. След като получи един фотон обаче, енергията му нараства, а колкото повече енергия има, толкова с по-висока честота е вълновата му функция. Де-факто се свива като размер. Но съгласно принципа на неопределеността, колко повече знаем, а ние знаем че импулсът му е увеличен (съответно размера намален) то толкова по-неопределена става позицията му. С други думи "шматкането" не е реално физическо движение напред-назад или поне не е движение, което можем да видим. Той е едновременно и тук и там и никъде и навсякъде...
Резултатът в крайна сметка е, че след като се "загрее" електрона, неговата позиция става по-неопределена. Толкова неопределена, че вече не знаем дали все още е в топлия край или е някъде другаде. Позицията му, обаче има едно значение и то е взаимодействието с други частици. Това е така, защото електронът има заряд и позицията спрямо другите заряди има значение. Само да вметна, че при купаровите двойки нещата са по-сложни, първо те се образуват при много ниски енергии, при които дължините на вълните са много големи. Демек електроните в суперпроводниците са супер големи по размер. Но тъй като са двойки от фермиони (електрони) с противоложен спин, общия спин на двойката е нула и това променя взаимодействието им с останалия свят. Затварям скобата.
Говорех за загряването на електрона и взаимодействието му. Електронът е с отрицателен заряд, затова се лепи към атоми, където се привлича от положителните заряди. Нормално нещата са балансирани. Въпросът е какво става след като се загрее. Както казах загрява се електрона, защо почти само електрона? Ами защото той не почва да се шматка. Ако се шматкаше, взаимодействието между зарядите би накарало и карантиите на атома да се шматкат или поне яко да почнат да се друсат. Вместо това позицията му става по-неопределена като координати, но с вероятност разпределена вече по-далеч от центъра на ядрото. Демек за ядрото изглежда като че ли все едно зарядът на електрона изчезва, но изчезва равномерно във всички посоки. Ако изчезваше в определена посока, ядрото щеше да иска да го последва и най-малкото да се получат някакви вибрации. Но с мазното си изчезване в неизвестна посока електронът успява да отмъкне цялата енергия на фотона, без да сподели почти нищо с другарчетата си.
Така от една страна ядрото става по-положително и привлича други електрони повече. В същото време горещия електрон приема позиции по-близко до други атоми и с някой може да си взаимодейства. Разбира не може да напусне един или да влезе в друга атом без да се отчетат енергиите. Трябва да има достатъчно, когато напуска и трябва да е с точно определен диапазон, за да влезе в друг. Това са подробности, обикновено влизането става след като електрона се оттърве от енергията си, обикновено излъчвайки фотон. И пак обикновено електроните често се опитват да се оттървават и често излъчват. Но въпросът е дали не биват улучвани от повече нови фотони, отколкото те успяват да изстрелят. И статистически в топлия край облъчването е по-силно, защото такава е температурата там. И макар електроните да си нямат хабер от топло и студено, те си излъчват и на двете места, но статистически в единия край излъчват повече, отколкото получават. Получава се нещо като движение, електроните в топлия край биват избивани по-често и принуждавани да отпрашат. Тяхното място привлича други електрони от съседния регион. И така въртележката работи, във всички посоки едновременно, но статистически повече следвайки температурната градиента.
Да се върнем обаче на темодвойката. Дотук мисля обясних кое кара токоносителите да изгледат като че се движат статистически в определена посока и да пренасят топлина. Но има и още интересно, кое ги кара да предпочитат един път пред друг път, когато има два пътя по посока на студа. Особено когато и в двата пътя съпротивлението е кръгла нула. Обяснението е свързано в нивата на Ферми, щото те материалите може да са свръхпроводящи но са различни с различна химия. Съответно различните нива дават различен шанс за взаимодействие и ако броим шансовете, статистиката прави едната посока предпочитана пред другата да не навлизам в повече подробности.
Със сигурност обясненията ми не са 100% коректни, но поне се надавам да хвърлят малко светлина защо мат'риала е толкова странен и е трудно да се обясни всичко с две думи....
