<오늘의 용어>자유전자(free electron)

　원자로부터 해방되어 자유롭게 돌아다닐 수 있는 전자. 따라서 균일한 전기장이나 자기장 이외에 외부로부터 힘을 받는 일 없이 자유로이 움직인다.

　원자 1개 속에는 원자번호와 같은 수의 전자가 있는데 대부분은 원자핵과의 전기적 작용에 의해 원자 안에 묶여 있다. 원자가 모여서 금속이 되면 원자 사이의 상호작용에 의해 각 원자의 가장 바깥쪽에 있는 전자가 해방되어 금속 안을 돌아다니는 자유전자가 된다.

　금속이 전기나 열을 전하기 쉬운 것은 자유전자가 전하나 열운동의 에너지를 운반하기 때문이다. 반도체에서는 불순물 원자의 둘레에 느슨하게 묶여 있는 전자가 열운동에 의해 해방되어 자유전자가 된다. 열전자관이나 브라운관 등의 전자관은 음극에서 방출된 자유전자의 운동을 제어해 이용하는 것이다.　

　또 대기 상층의 전리층에는 자유전자가 자연으로 존재해 전파반사의 원인이 된다.　

　19세기말에서 20세기초에 걸쳐 P 드루데나 H 로렌츠 등이 금속의 자유전자론을 제창했는데, 금속의 전자를 기체로 보고 여기에 기체운동론을 적용함으로써, 예를 들면 금속의 열전도도와 전기전도도의 비가 온도에 비례한다고 하는 비데만-프란츠의 법칙을 도출하는 데 성공했다.

　<권상희기자 shkwon@etnews.co.kr>