| 설명 |
균일한 전기장이나 자기장 이외에 외부로부터 힘을 받는 일 없이 자유로이 움직이는 전자. 원자나 분자 내에 속박된 전자에 대응하는 것이다. 예를 들면 열전자관이나 브라운관 등 전자관은 음극에서 방출된 자유전자의 운동을 제어하여 이용하는 것이다. 또 대기 상층의 전리층에는 자유전자가 자연으로 존재하여 전파반사의 원인이 된다. 한편, 자유전자라는 말은 금속 내에 있는 원자가전자에 대하여 사용되기도 한다. 금속 등의 내부에는 많은 원자가 전자가 있으며, 전기전도 등 금속의 특유한 여러 물리적인 성질을 이들 전자 집단의 운동에 의해 설명할 수 있다. 19세기 말에서 20세기 초에 걸쳐 P.K.L.드루데나 H.A.로렌츠 등이 금속의 자유전자론을 제창했는데, 금속의 전자를 기체로 보고 여기에 기체운동론을 적용함으로써, 예를 들면 금속의 열전도도와 전기전도도의 비가 온도에 비례한다고 하는 비데만-프란츠의 법칙을 도출해내는 데 성공하였다. 그러나 이 이론은 금속의 비열 등 몇 가지 문제에서 실험값과 일치하지 않았다. 그 이유는 전자집단의 속도분포에 기체와 마찬가지로 맥스웰-볼츠만통계를 적용했기 때문이며, 이 문제는 1928년 A.J.W.조머펠트가 전자는 파울리의 배타원리에 따르는 입자로서 페르미-디랙통계로 다룰 수 있다고 생각함으로써 극복되었다. 현재는 이에 의해서 금속의 전기전도도 •열전도도, 비데만-프란츠의 법칙이나 홀효과 등이 잘 설명된다. |