Затруднения классической электронной теории металлов
Вскоре после создания электронной теории было обнаружено несколько фактов, которые нельзя было объяснить в рамках теории Друде-Лоренца.
Первое затруднение касалось теплоемкости металлов. Согласно классической электронной теории: теплоемкость металлов должна быть в 1,5 раза больше, чем у диэлектриков. В действительности теплоемкость металлов не отличается заметно от теплоемкости неметаллических кристаллов.
Второе затруднение. Классическая теория лишь качественно объясняла закон Видемана Франца. Отношение коэффициентов теплопроводности к электропроводности по электронной теории есть линейная функция температуры, одинаковой для всех металлов. Но найденный коэффициент пропорциональности не соответствует опыту.
Третье затруднение возникло при объяснении зависимости электропроводности металлов от температуры. По классической теории
,
,
,
удельное сопротивление
.
Опыт однако свидетельствует, что
.
Действительно:
,
а значит и
,
так как
,
то
.И, наконец, классическая теория совершенно не могла объяснить открытое в 1911 году голландским физиком Камерлинг-Оннесом явление сверхпроводимости.
Объяснение всех этих несоответствий смогла дать лишь квантовая теория.
Сверхпроводимость
У некоторых металлов (свинца, ртути, олова, цинка) при достижении достаточно низкой температуры, называемой критической, сопротивление резко падает до нуля, и при дальнейшем понижении температуры остается равным нулю. Для свинца критическая температура Тк = 7,22 К, для цинка 0,79 К, ртути 4,15 К.
Ток в сверхпроводящем кольце, вызванный изменением потока магнитной индукции циркулирует в этом кольце до тех пор, пока поддерживается температура Т<Тк.
Сверхпроводимость можно разрушить не только нагреванием, но и достаточно сильным магнитным полем. Разрушающее поле может быть создано и самим сверхпроводящим током, если он достигает достаточно большой величины. Кроме отсутствия электрического сопротивления для сверхпроводящего состояния характерно, то, что магнитное поле не проникает в толщу сверхпроводника. Это явление называется эффектом Мейснера. Если сверхпроводящий образец охлаждается, будучи, помещенным в магнитное поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние поле выталкивается из образца. Теория сверхпроводимости была создана в 1957 г. Бардиным, Купером и Шриффером в США и Боголюбовым в СССР.