金屬中自由電子熱運動能量很高，為什麼摸起來不燙手？

1樓：李秉恆

1，研究金屬的熱力學特性時，可以近似把金屬離子和自由電子分別看做是分子。

2，溫度是描述分子平均動能的巨集觀物理量，也就是說，在同溫同態下，物體內所有分子的平均動能是一定的。

3，考慮動能的定義是mv平方，可知動能相同不意味著速度相同，而是:動能相同時，分子質量越大，其平均速度就會越小。

4，因為電子的質量很小，通常為分子的幾萬十幾萬分之一，所以，電子要想與分子或者離子具有相同的平均動能，它的速度就得是分子或離子的幾百倍左右。

重要的是:金屬中的自由電子的平均速度雖然比金屬離子(或者其他等溫物質中的分子)快得多，但是他所擁有的平均動能並沒有更大更高，而是仍然被物質的溫度所決定(所描述)，仍然與金屬離子的平均動能(或其他等溫物體中分子們的平均動能)完全相同。

5，順便說一下，熱量從高溫物體流向低溫物體的過程，其本質是分子動能在碰撞中漸漸趨於的平均化過程，是物質內所有分子的動能符合熱力學分布的過程。如果自由電子有額外的高溫，它要做的第一件事就是加熱它身邊的金屬離子，直至兩者等溫(等平均動能)。

6，本回答掛一漏萬，既沒有數學描述，也沒有詳細說明化學鍵的振動轉動對分子內能的影響，甚至物質狀態對平均動能的影響。這些內容，大家可以在《物理化學》之類的教學參考書中找到答案。但我答出來的這一小部分應該是對的，如果有別的答案跟我觀點不一樣，請同學們還是信我的。

2樓：qfzklm

回憶一下熱力學第零定律，溫度及熱平衡的定義，再想想金屬中自由電子熱運動能量到底高不高。。

至於摸起來燙不燙手，則涉及自身的熱容量（一般都近似認為總熱容量遠大於觸控過程中傳遞的熱量）和熱導率（這個最重要）。。

大家都知道冬天金屬摸起來很涼，就是因為其很高的熱導率。。

如果某物體溫度很高但熱導率很低，那麼也可以摸起來不燙手。。

3樓：Lidoon

實際上，金屬中電子能帶是連續的，電子可以發生躍遷。即自由電子氣可以和金屬晶格交換能量，從而達到熱平衡。由於金屬本身處於室溫下，和金屬晶格達到熱平衡的自由電子也一定是室溫。

所以題主的前提判斷「自由電子氣熱運動能量很高的」，是錯誤的……儘管它們熱運動速度看起來蠻快的，但這是因為電子質量小，其溫度仍然只是室溫而已。

也可以大概算算：

如果按照經典理論： =\sqrt}}" eeimg="1"/>，可以查到室溫下金屬中自由電子的運動速度在10^5m/s量級，你按照這個公式算下來對應的溫度T大概是不到300K。

當然這是廢話，正是由於金屬處在室溫中，電子速度才在10^5m/s量級，算回去當然溫度對應的還是室溫300K了。

如果按照量子理論：在溫度不高時，F-D分布和0K時十分接近，因此處於室溫下的金屬中單電子能量約為。一般金屬的費公尺能量都不會高於10eV，按，對應的溫度也是不到300K。

當然這還是廢話，原因同上。