La teoría de electrones libres, también conocida como el modelo Drude, es un modelo simplificado utilizado para explicar la conductividad eléctrica y térmica de los metales. Hace varios supuestos, que son:
1. Electrones gratis:
* Se supone que los átomos de metal tienen electrones externos unidos libremente, que pueden separarse fácilmente del átomo y moverse libremente por todo el metal. Estos electrones se llaman "electrones libres".
* Los iones positivos del metal se consideran fijos en una estructura de red. Esto supone que la interacción entre los iones es lo suficientemente fuerte como para mantenerlos en una disposición estable.
2. Movimiento clásico:
* Los electrones libres se tratan como partículas clásicas, obedeciendo las leyes de movimiento de Newton. Esto implica que su movimiento se rige por la física clásica y no la mecánica cuántica.
* se supone que los electrones se mueven al azar, sin dirección preferida, en ausencia de un campo eléctrico externo.
3. Colisiones:
* Los electrones libres chocan con los iones positivos de la red. Se supone que estas colisiones son perfectamente elásticas, lo que significa que no se pierde energía. Esta es una simplificación, ya que las colisiones reales no son perfectamente elásticas.
4. Ruta libre media:
* se supone que los electrones viajan en líneas rectas entre colisiones, con una distancia promedio constante transmitida entre colisiones. Esta distancia se llama la ruta libre media.
5. Equilibrio térmico:
* se supone que los electrones están en equilibrio térmico con la red. Esto significa que la energía cinética promedio de los electrones es igual a la energía cinética promedio de los iones.
6. Campo eléctrico:
* En presencia de un campo eléctrico, los electrones se aceleran por el campo y se mueven en una dirección opuesta al campo. Esto conduce a la conducción de la electricidad.
Limitaciones de la teoría de electrones libres:
* La teoría de electrones libres no predice con precisión la capacidad de calor específica de los metales.
* No explica el efecto de la sala, que es la aparición de un voltaje a través de un conductor que transporta la corriente en un campo magnético.
* La teoría no tiene en cuenta la naturaleza cuántica de los electrones.
A pesar de sus limitaciones, la teoría de electrones libres proporciona un marco simple y útil para comprender las propiedades eléctricas y térmicas básicas de los metales. Forma la base de modelos más sofisticados que tienen en cuenta la naturaleza cuántica de los electrones y las interacciones entre los electrones y la red.
