20.09.2019

Perché la resistenza elettrica dei metalli dipende dalla temperatura. Legge di Joule-Lenz nella teoria elettronica classica


L'esperienza secondo le considerazioni generali del § 46 mostra che la resistenza di un conduttore dipende anche dalla sua temperatura.

Avvolgiamo diversi metri di filo di ferro sottile (0,1-0,2 mm di diametro) 1 a forma di spirale e lo colleghiamo a un circuito contenente una batteria di celle galvaniche 2 e un amperometro 3 (Fig. 81). Selezioniamo la resistenza di questo filo in modo che a temperatura ambiente l'ago dell'amperometro devii quasi fino al fondo scala. Dopo aver notato le letture dell'amperometro, riscaldiamo fortemente il filo con un bruciatore. Vedremo che quando la corrente nel circuito viene riscaldata, diminuisce, il che significa che la resistenza del filo aumenta quando viene riscaldato. Questo risultato si ottiene non solo con il ferro, ma con tutti gli altri metalli. All'aumentare della temperatura, aumenta la resistenza dei metalli. Per alcuni metalli questo aumento è significativo: per i metalli puri, scaldati a 100°C, raggiunge il 40-50%; nelle leghe, di solito è inferiore. Esistono leghe speciali in cui la resistenza quasi non cambia con l'aumentare della temperatura; tali, ad esempio, sono costantana (dalla parola latina constans - costante) e manganina. Costantana è usata per realizzare alcuni strumenti di misura.

Riso. 81. Esperienza che mostra la dipendenza della resistenza del filo dalla temperatura. Quando riscaldato, la resistenza del filo aumenta: 1 - filo, 2 - batteria di celle galvaniche, 3 - amperometro

In caso contrario, la resistenza degli elettroliti cambia quando vengono riscaldati. Ripetiamo l'esperimento descritto, ma introduciamo nel circuito una specie di elettrolita al posto del filo di ferro (Fig. 82). Vedremo che le letture dell'amperometro aumentano continuamente quando l'elettrolita viene riscaldato, il che significa che la resistenza degli elettroliti diminuisce con l'aumentare della temperatura. Si noti che anche la resistenza del carbone e di alcuni altri materiali diminuisce quando vengono riscaldati.

Riso. 82. Esperienza che mostra la dipendenza della resistenza degli elettroliti dalla temperatura. Quando riscaldato, la resistenza dell'elettrolita diminuisce: 1 - elettrolita, 2 - batteria di celle galvaniche, 3 - amperometro

La dipendenza della resistenza dei metalli dalla temperatura viene utilizzata per la costruzione di termometri a resistenza. Nella sua forma più semplice si tratta di un sottile filo di platino avvolto su una lastra di mica (fig. 83), la cui resistenza a varie temperature è ben nota. Un termometro a resistenza è posto all'interno del corpo di cui si vuole misurare la temperatura (ad esempio in una fornace) e le estremità dell'avvolgimento sono collegate al circuito. Misurando la resistenza dell'avvolgimento, è possibile determinare la temperatura. Tali termometri sono spesso utilizzati per misurare temperature molto alte e molto basse, alle quali i termometri a mercurio non sono più applicabili.

Riso. 83. Termoresistenza

L'aumento della resistenza di un conduttore quando viene riscaldato di 1°C, diviso per la resistenza iniziale, è chiamato coefficiente di resistenza termica ed è solitamente indicato dalla lettera. In generale, il coefficiente di resistenza termica stesso dipende dalla temperatura. Il valore ha un significato, ad esempio, se alziamo la temperatura da 20 a 21°C, e un altro quando la temperatura sale da 200 a 201°C. Ma in molti casi la variazione su un intervallo di temperature abbastanza ampio è trascurabile e può essere utilizzato un valore medio su questo intervallo. Se la resistenza del conduttore a una temperatura è uguale a , ea una temperatura uguale a , allora il valore medio

. (48.1)

Di solito si considera la resistenza a una temperatura di 0 ° C.

Tabella 3. Il valore medio del coefficiente di resistenza termica di alcuni conduttori (nell'intervallo da 0 a 100 ° C)

Sostanza

Sostanza

Tungsteno

Costantano

Manganina

In tavola. 3 mostra i valori ​​per alcuni conduttori.

48.1. Quando la lampadina è accesa, la corrente nel circuito al primo momento differisce dalla corrente che scorre dopo che la lampadina inizia ad accendersi. Come cambia la corrente in un circuito con una lampadina in carbonio e una lampadina con filamento metallico?

48.2. La resistenza di una lampadina a incandescenza con un filamento di tungsteno spento è di 60 ohm. Quando è completamente riscaldata, la resistenza della lampadina aumenta a 636 ohm. Qual è la temperatura del filamento riscaldato? Usa la tabella. 3.

48.3. La resistenza di un forno elettrico con un avvolgimento di nichel in uno stato non riscaldato è di 10 ohm. Quale sarà la resistenza di questo forno quando il suo avvolgimento sarà riscaldato a 700°C? Usa la tabella. 3.

> Dipendenza della resistenza dalla temperatura

Scopri come la resistenza dipende dalla temperatura: confronto della dipendenza della resistenza dei materiali e della resistività dalla temperatura, semiconduttore.

La resistenza e la resistività sono basate sulla temperatura e sono lineari.

Compito di apprendimento

  • Confronta la dipendenza dalla temperatura della resistenza specifica e ordinaria per fluttuazioni grandi e piccole.

Punti chiave

  • Quando la temperatura cambia di 100°C, la resistività (ρ) cambia con ΔT come: p = p 0 (1 + αΔT), dove ρ 0 è la resistività iniziale e α è il coefficiente di resistività di temperatura.
  • Con variazioni significative di temperatura, si nota una variazione non lineare della resistività.
  • La resistenza di un oggetto è direttamente proporzionale alla resistenza specifica, quindi mostra la stessa dipendenza dalla temperatura.

Termini

  • Un semiconduttore è una sostanza con proprietà elettriche che lo caratterizzano come un buon conduttore o isolante.
  • Il coefficiente di resistività termica è un valore empirico (α) che descrive la variazione di resistenza o resistività con un indice di temperatura.
  • La resistività è il grado in cui un materiale resiste al flusso elettrico.

La resistenza dei materiali si basa sulla temperatura, quindi è possibile tracciare la dipendenza della resistività dalla temperatura. Alcuni sono in grado di diventare superconduttori (resistenza zero) a temperature molto basse, mentre altri ad alte temperature. La velocità di vibrazione degli atomi aumenta a distanze maggiori, quindi gli elettroni che si muovono attraverso il metallo si scontrano più spesso e aumentano la resistenza. La resistività varia con la temperatura ΔT:

La resistenza di un particolare campione di mercurio raggiunge lo zero ad un indice di temperatura estremamente basso (4,2 K). Se l'indicatore è al di sopra di questo segno, si verifica un improvviso aumento della resistenza e quindi un aumento quasi lineare con la temperatura

p = p 0 (1 + αΔT), dove ρ 0 è la resistività iniziale e α è il coefficiente di resistività termica. Con variazioni significative di temperatura, α può cambiare e trovare p potrebbe richiedere un'equazione non lineare. Ecco perché a volte viene lasciato il suffisso di temperatura alla quale la sostanza è cambiata (ad esempio, α15).

Vale la pena notare che α è positivo per i metalli e la resistività aumenta con la temperatura. Tipicamente, il coefficiente di temperatura va da +3 × 10 -3 K -1 a +6 × 10 -3 K -1 per i metalli a temperatura ambiente circa. Esistono leghe progettate specificamente per ridurre la dipendenza dalla temperatura. Ad esempio, nella manganina, α è vicino a zero.

Non dimenticare inoltre che α è negativo per i semiconduttori, cioè la loro resistività diminuisce all'aumentare della temperatura. Sono ottimi conduttori alle alte temperature perché l'aumento della miscelazione della temperatura aumenta la quantità di cariche libere disponibili per trasportare la corrente.

Anche la resistenza di un oggetto si basa sulla temperatura, poiché R 0 è direttamente proporzionale a p. Sappiamo che per un cilindro R = ρL/A. Se L e A non cambiano molto con la temperatura, allora R ha la stessa dipendenza dalla temperatura di ρ. Si scopre:

R = R 0 (1 + αΔT), dove R 0 è la resistenza iniziale e R è la resistenza dopo la variazione di temperatura T.

Diamo un'occhiata alla resistenza di un sensore di temperatura. Molti termometri funzionano secondo questo schema. L'esempio più comune è il termistore. È un cristallo semiconduttore con una forte dipendenza dalla temperatura. Il dispositivo è piccolo, quindi va rapidamente in equilibrio termico con la parte umana che tocca.

I termometri si basano sulla misurazione automatica della resistenza termica del termistore

Le particelle conduttrici (molecole, atomi, ioni) che non partecipano alla formazione della corrente sono in movimento termico e le particelle che formano la corrente sono simultaneamente in movimento termico e direzionale sotto l'influenza di un campo elettrico. Per questo motivo si verificano numerose collisioni tra le particelle che formano la corrente e le particelle che non partecipano alla sua formazione, in cui le prime danno parte dell'energia della sorgente di corrente da esse trasferita alla seconda. Più collisioni, minore è la velocità del movimento ordinato delle particelle che formano la corrente. Come si può vedere dalla formula I = enνS, la riduzione della velocità comporta una diminuzione della forza di corrente. Viene chiamata la quantità scalare che caratterizza la proprietà di un conduttore di ridurre la forza di corrente resistenza del conduttore. Dalla formula della legge di resistenza di Ohm Ohm: la resistenza del conduttore, in cui la corrente si ottiene con una forza di 1 a a una tensione alle estremità del conduttore in 1 v.

La resistenza di un conduttore dipende dalla sua lunghezza l, dalla sezione S e dal materiale, che è caratterizzato da resistività Più lungo è il conduttore, maggiori sono per unità di tempo le collisioni delle particelle che formano la corrente con le particelle che non partecipano alla sua formazione, e quindi maggiore è la resistenza del conduttore. Minore è la sezione del conduttore, più denso è il flusso di particelle che formano la corrente e più spesso si scontrano con particelle che non partecipano alla sua formazione, e quindi maggiore è la resistenza del conduttore.

Sotto l'azione di un campo elettrico, le particelle che formano la corrente si muovono ad una velocità accelerata tra le collisioni, aumentando la loro energia cinetica a causa dell'energia del campo. Quando entrano in collisione con particelle che non formano corrente, trasferiscono loro parte della loro energia cinetica. Di conseguenza, aumenta l'energia interna del conduttore, che si manifesta esternamente nel suo riscaldamento. Considera se la resistenza del conduttore cambia quando viene riscaldato.

Nel circuito elettrico è presente una bobina di filo d'acciaio (corda, Fig. 81, a). Dopo aver chiuso il circuito, inizieremo a riscaldare il filo. Più lo riscaldiamo, meno corrente mostra l'amperometro. La sua diminuzione deriva dal fatto che quando i metalli vengono riscaldati, la loro resistenza aumenta. Quindi, la resistenza di un capello di una lampadina quando non è accesa è approssimativa 20 ohm, e quando brucia (2900°C) - 260 ohm. Quando un metallo viene riscaldato, il movimento termico degli elettroni e la velocità di oscillazione degli ioni nel reticolo cristallino aumentano, per cui aumenta il numero di collisioni di elettroni che formano una corrente con gli ioni. Ciò provoca un aumento della resistenza del conduttore *. Nei metalli, gli elettroni non liberi sono fortemente legati agli ioni, quindi, quando i metalli vengono riscaldati, il numero di elettroni liberi praticamente non cambia.

* (Sulla base della teoria elettronica, è impossibile derivare l'esatta legge della dipendenza della resistenza dalla temperatura. Tale legge è stabilita dalla teoria quantistica, in cui un elettrone è considerato come una particella con proprietà ondulatorie e il movimento di un elettrone di conduzione attraverso un metallo è considerato un processo di propagazione delle onde elettroniche, la cui lunghezza è determinata da la relazione de Broglie.)

Gli esperimenti mostrano che quando la temperatura dei conduttori di sostanze diverse cambia dello stesso numero di gradi, la loro resistenza cambia in modo disuguale. Ad esempio, se un conduttore di rame avesse una resistenza 1 ohm, quindi dopo il riscaldamento 1°C resisterà 1.004 ohm, e tungsteno - 1.005 ohm. Per caratterizzare la dipendenza della resistenza del conduttore dalla sua temperatura è stata introdotta una grandezza chiamata coefficiente di resistenza termica. Il valore scalare misurato dalla variazione della resistenza di un conduttore di 1 ohm, presa a 0°C, da una variazione della sua temperatura di 1°C, è chiamato coefficiente di resistenza termica α. Quindi, per il tungsteno, questo coefficiente è uguale a 0,005 gradi -1, per rame - 0,004 gradi -1. Il coefficiente di resistenza termica dipende dalla temperatura. Per i metalli, cambia poco con la temperatura. Con un piccolo intervallo di temperatura, è considerato costante per un determinato materiale.

Deriviamo la formula con cui si calcola la resistenza del conduttore tenendo conto della sua temperatura. Assumiamo che R0- resistenza del conduttore a 0°С, quando riscaldato a 1°C aumenterà di αR 0, e quando riscaldato a - sul αRt° e diventa R = R 0 + αR 0 t°, o

Viene presa in considerazione la dipendenza della resistenza dei metalli dalla temperatura, ad esempio nella produzione di spirali per riscaldatori elettrici, lampade: la lunghezza del filo a spirale e la forza di corrente ammissibile sono calcolate dalla loro resistenza allo stato riscaldato. La dipendenza della resistenza dei metalli dalla temperatura viene utilizzata nei termometri a resistenza, che vengono utilizzati per misurare la temperatura di motori termici, turbine a gas, metallo negli altiforni, ecc. Questo termometro è costituito da una sottile spirale avvolta in platino (nichel, ferro) su una cornice di porcellana e riposta in una custodia protettiva. Le sue estremità sono collegate a un circuito elettrico con un amperometro, la cui scala è graduata in gradi di temperatura. Quando la bobina è riscaldata, la corrente nel circuito diminuisce, questo fa muovere l'ago dell'amperometro, che indica la temperatura.

Viene chiamato il reciproco della resistenza di una data sezione, circuito conducibilità elettrica del conduttore(conduttività elettrica). La conducibilità elettrica del conduttore Maggiore è la conducibilità del conduttore, minore è la sua resistenza e migliore è la conduzione della corrente. Nome dell'unità di conducibilità elettrica Conducibilità della resistenza del conduttore 1 ohm chiamato Siemens.

Al diminuire della temperatura, la resistenza dei metalli diminuisce. Ma ci sono metalli e leghe, la cui resistenza, a una bassa temperatura determinata per ciascun metallo e lega, diminuisce drasticamente e diventa evanescente piccola, praticamente uguale a zero (Fig. 81, b). In arrivo superconduttività- il conduttore non ha praticamente resistenza, e una volta che la corrente in esso eccitata esiste per molto tempo, mentre il conduttore è alla temperatura di superconduttività (in uno degli esperimenti la corrente è stata osservata per più di un anno). Quando una corrente viene fatta passare attraverso un superconduttore con una densità 1200 a/mm2 non è stato osservato alcun rilascio di calore. I metalli monovalenti, che sono i migliori conduttori di corrente, non passano allo stato superconduttore fino alle temperature estremamente basse alle quali sono stati condotti gli esperimenti. Ad esempio, in questi esperimenti, il rame è stato raffreddato 0,0156°K, oro - prima 0,0204°K. Se fosse possibile ottenere leghe con superconduttività a temperature ordinarie, ciò sarebbe di grande importanza per l'ingegneria elettrica.

Secondo i concetti moderni, la causa principale della superconduttività è la formazione di coppie di elettroni legati. Alla temperatura di superconduttività, le forze di scambio iniziano ad agire tra gli elettroni liberi, facendo sì che gli elettroni formino coppie di elettroni legati. Un tale gas di elettroni di coppie di elettroni legati ha proprietà diverse rispetto al normale gas di elettroni: si muove in un superconduttore senza attrito sui nodi del reticolo cristallino.

La resistenza dei metalli è dovuta al fatto che gli elettroni che si muovono in un conduttore interagiscono con gli ioni del reticolo cristallino e perdono parte dell'energia che acquisiscono in un campo elettrico.

L'esperienza mostra che la resistenza dei metalli dipende dalla temperatura. Ogni sostanza può essere caratterizzata da un valore costante per essa, chiamato coefficiente di temperatura di resistenza α. Questo coefficiente è uguale alla variazione relativa della resistività del conduttore quando viene riscaldato di 1 K: α =

dove ρ 0 è la resistività a una temperatura T 0 = 273 K (0 ° C), ρ è la resistività a una data temperatura T. Quindi, la dipendenza della resistività di un conduttore metallico dalla temperatura è espressa come una funzione lineare: ρ = ρ 0 (1+ αT).

La dipendenza della resistenza dalla temperatura è espressa dalla stessa funzione:

R = R0 (1+αT).

I coefficienti di temperatura di resistenza dei metalli puri differiscono relativamente poco l'uno dall'altro e sono approssimativamente pari a 0,004 K-1. Una variazione della resistenza dei conduttori con una variazione della temperatura porta al fatto che la loro caratteristica corrente-tensione non è lineare. Ciò è particolarmente evidente nei casi in cui la temperatura dei conduttori cambia in modo significativo, ad esempio quando è in funzione una lampada a incandescenza. La figura mostra la sua caratteristica volt - ampere. Come si può vedere dalla figura, l'intensità della corrente in questo caso non è direttamente proporzionale alla tensione. Tuttavia, non si dovrebbe pensare che questa conclusione sia in contraddizione con la legge di Ohm. Vale solo la dipendenza formulata nella legge di Ohm con una resistenza costante. La dipendenza della resistenza dei conduttori metallici dalla temperatura viene utilizzata in vari dispositivi di misurazione e automatici. Il più importante di questi è termometro a resistenza. La parte principale della termoresistenza è un filo di platino avvolto su un telaio in ceramica. Il filo viene posto in un ambiente la cui temperatura deve essere determinata. Misurando la resistenza di questo filo e conoscendo la sua resistenza a t 0 \u003d 0 ° С (cioè R0), calcolare la temperatura del mezzo utilizzando l'ultima formula.

Superconduttività. Tuttavia, fino alla fine del XIX secolo. era impossibile verificare come la resistenza dei conduttori dipenda dalla temperatura nella regione di temperature molto basse. Solo all'inizio del XX secolo. Lo scienziato olandese G. Kamerling-Onnes è riuscito a trasformare il gas più difficile da condensare, l'elio, in uno stato liquido. Il punto di ebollizione dell'elio liquido è 4,2 K. Ciò ha permesso di misurare la resistenza di alcuni metalli puri quando vengono raffreddati a una temperatura molto bassa.

Nel 1911 l'opera di Kamerling-Onnes si concluse con un'importante scoperta. Indagando sulla resistenza del mercurio durante il suo costante raffreddamento, ha scoperto che a una temperatura di 4,12 K, la resistenza del mercurio è scesa bruscamente a zero. Successivamente, è riuscito a osservare lo stesso fenomeno in un certo numero di altri metalli quando sono stati raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto. Il fenomeno della completa perdita di resistenza elettrica da parte di un metallo ad una certa temperatura è chiamato superconduttività.



Non tutti i materiali possono diventare superconduttori, ma il loro numero è piuttosto elevato. Tuttavia, si scoprì che molti di loro possedevano una proprietà che ne ostacolava notevolmente l'uso. Si è scoperto che per la maggior parte dei metalli puri, la superconduttività scompare quando si trovano in un forte campo magnetico. Pertanto, quando una corrente significativa scorre attraverso un superconduttore, crea un campo magnetico attorno a sé e la superconduttività scompare. Tuttavia, questo ostacolo si è rivelato superabile: si è riscontrato che alcune leghe, ad esempio niobio e zirconio, niobio e titanio, ecc., hanno la proprietà di mantenere la loro superconduttività ad elevate resistenze di corrente. Ciò ha consentito un uso più diffuso della superconduttività.

La dipendenza della resistenza dei metalli dalla temperatura. Superconduttività. Legge Wiedemann-Franz

La resistività dipende non solo dal tipo di sostanza, ma anche dal suo stato, in particolare dalla temperatura. La dipendenza della resistività dalla temperatura può essere caratterizzata impostando il coefficiente di resistenza termica di una data sostanza:

Dà un relativo aumento della resistenza con un aumento della temperatura di un grado.

Figura 14.3
Il coefficiente di resistenza alla temperatura per una data sostanza è diverso a temperature diverse. Ciò mostra che la resistività non cambia linearmente con la temperatura, ma dipende da essa in modo più complesso.

ρ=ρ 0 (1+αt) (14.12)

dove ρ 0 è la resistività a 0ºС, ρ è il suo valore a una temperatura di tºС.

Il coefficiente di resistenza termica può essere positivo o negativo. Per tutti i metalli la resistenza aumenta all'aumentare della temperatura, e quindi per i metalli

α>0. Per tutti gli elettroliti, a differenza dei metalli, la resistenza diminuisce sempre quando riscaldati. Anche la resistenza della grafite diminuisce all'aumentare della temperatura. Per tali sostanze α<0.

Basandosi sulla teoria elettronica della conducibilità elettrica dei metalli, è possibile spiegare la dipendenza della resistenza del conduttore dalla temperatura. All'aumentare della temperatura, la sua resistività aumenta e la sua conduttività elettrica diminuisce. Analizzando l'espressione (14.7), vediamo che la conducibilità elettrica è proporzionale alla concentrazione degli elettroni di conduzione e al cammino libero medio <ℓ> , cioè. più <ℓ> , minore è l'interferenza per il movimento ordinato degli elettroni sono le collisioni. La conducibilità elettrica è inversamente proporzionale alla velocità termica media <υ τ > . La velocità termica aumenta proporzionalmente all'aumentare della temperatura, il che porta ad una diminuzione della conduttività elettrica e ad un aumento della resistività dei conduttori. Analizzando la formula (14.7), si può, inoltre, spiegare la dipendenza di γ e ρ dal tipo di conduttore.

A temperature molto basse dell'ordine di 1-8ºK, la resistenza di alcune sostanze diminuisce drasticamente di miliardi di volte e diventa praticamente pari a zero.

Questo fenomeno, scoperto per la prima volta dal fisico olandese G. Kamerling-Onnes nel 1911, è chiamato superconduttività . Attualmente è stata stabilita la superconduttività per un certo numero di elementi puri (piombo, stagno, zinco, mercurio, alluminio, ecc.), nonché per un gran numero di leghe di questi elementi tra loro e con altri elementi. Sulla fig. 14.3 mostra schematicamente la dipendenza della resistenza dei superconduttori dalla temperatura.

La teoria della superconduttività è stata creata nel 1958 da N.N. Bogolyubov. Secondo questa teoria, la superconduttività è il movimento di elettroni in un reticolo cristallino senza collisioni tra loro e con atomi di reticolo. Tutti gli elettroni di conduzione si muovono come un flusso di un fluido ideale non viscoso, senza interagire tra loro e con il reticolo, cioè senza provare attrito. Pertanto, la resistenza dei superconduttori è zero. Un forte campo magnetico, penetrando nel superconduttore, devia gli elettroni e, interrompendo il "flusso laminare" del flusso di elettroni, fa sì che gli elettroni entrino in collisione con il reticolo, ad es. sorge la resistenza.

Nello stato superconduttore, i quanti di energia vengono scambiati tra gli elettroni, il che porta alla creazione di forze di attrazione tra gli elettroni che sono maggiori delle forze repulsive di Coulomb. In questo caso si formano coppie di elettroni (coppie di Cooper) con momenti magnetici e meccanici reciprocamente compensati. Tali coppie di elettroni si muovono nel reticolo cristallino senza resistenza.

Una delle applicazioni pratiche più importanti della superconduttività è il suo utilizzo negli elettromagneti con un avvolgimento superconduttore. Se non esistesse un campo magnetico critico che distrugga la superconduttività, con l'aiuto di tali elettromagneti sarebbe possibile ottenere campi magnetici di decine e centinaia di milioni di ampere per centimetro. È impossibile ottenere campi costanti così grandi con elettromagneti ordinari, poiché ciò richiederebbe una potenza enorme, e sarebbe praticamente impossibile rimuovere il calore generato quando l'avvolgimento assorbe potenze così grandi. In un elettromagnete superconduttore, il consumo energetico della sorgente di corrente è trascurabile e il consumo energetico per il raffreddamento dell'avvolgimento alla temperatura dell'elio (4,2°K) è quattro ordini di grandezza inferiore rispetto a un elettromagnete convenzionale che crea gli stessi campi. La superconduttività viene utilizzata anche per creare sistemi di memoria per macchine matematiche elettroniche (elementi di memoria del criotrone).

Nel 1853 Wiedemann e Franz lo stabilirono sperimentalmente che il rapporto tra conducibilità termica λ e conducibilità elettrica γ è lo stesso per tutti i metalli alla stessa temperatura ed è proporzionale alla loro temperatura termodinamica.

Ciò suggerisce che la conduttività termica nei metalli, così come la conduttività elettrica, è dovuta al movimento degli elettroni liberi. Assumiamo che gli elettroni siano simili a un gas monoatomico, la cui conducibilità termica, secondo la teoria cinetica dei gas, è uguale a