naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Проводники, изоляторы, полупроводники


Твердое тело. Часть вторая. Энергетические уровни К содержанию Электрический ток
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

Понятие "электрический ток" чаще всего трактуется, как упорядоченное движение заряженных частиц. Вот, например, любого из вас спросить, что же такое электрический ток, сразу последует ответ, типа ток - это движение электронов по проводнику. Сидят, значит, в проводах такие маленькие заряженные шарики - электроны, и если подействовать на них внешним электрическим полем, они все начинают двигаться в каком-то направлении. Чем быстрее движутся, тем больше сила тока. Но скоро вы увидите, что все происходит не совсем так.

Как электрон может двигаться в проводнике? Двигаться - значит иметь некоторую скорость, направленную в нужную сторону, т.е. туда, куда происходит движение. Другими словами, движущийся электрон отличается от неподвижного тем, что у движущегося имеется дополнительная составляющая импульса, направленная в ту сторону, куда происходит движение.

В твердом теле большинство электронов находится в валентной зоне. При этом каждый электрон занимает свое место, т.е. обладает своим определенным значением импульса. Раз есть импульс, значит, электроны движутся, но это так называемое неупорядоченное движение - каждый электрон в каждый момент времени движется в какую-то сторону, например, переходит от одного атомного ядра к другому.

Электронов очень много, и если в какой-то момент времени какой-то электрон движется, например, слева направо со скоростью v, то обязательно найдется другой электрон, который в этот же момент времени движется с такой же точно скоростью, но справа налево. Другого не дано. Если бы количество электронов, движущихся без всякой внешней причины в одном направлении, оказалось больше количества электронов, движущихся в противоположном направлении, это означало бы, что по телу без всякой внешней причины протекает электрический ток. Но протекание электрического тока сопровождается выделением энергии, которой в отсутствие внешней причины взяться неоткуда.

Таким образом, если внешняя причина отсутствует, каждый электрон обладает своим значением импульса, однако суммарный импульс всех электронов равен нулю. Предположим, что какая-та часть электронов движется в одном направлении. Это означает, что импульс каждого из этих электронов должен увеличиться на некоторую величину, равную произведению скорости их упорядоченного движения на массу электрона. Но для электрона в твердом теле увеличить импульс – значит занять другое место в зоне. Весь косяк в том, что ни в валентной, ни в зонах, расположенных по шкале энергий ниже валентной, свободных мест нет. Поэтому в веществе, в котором подавляющее большинство электронов расположено в валентной зоне и других низших зонах, упорядоченное движение электронов невозможно в силу принципа запрета Паули.

Подобных простых рассуждений в принципе достаточно для того, чтобы ответить на вопрос, почему одни вещества проводят электрический ток, а другие нет. Все зависит от ширины запрещенной зоны, разделяющей валентную и свободную зоны. По этому признаку все вещества делятся на три основные группы (рис. 1). У веществ первой группы (рис. 1а) запрещенная зона, разделяющая валентную и свободную зоны, очень широкая. Ее ширина больше трех электрон-вольт. Поэтому здесь под действием температуры лишь отдельные электроны могут перейти в возбужденное состояние. Основная же масса их остается в валентной зоне и ниже. Такие вещества при комнатной температуре электрического тока не проводят. Называются они изоляторами или диэлектриками. Если же нагреть диэлектрик до достаточно высокой температуры, он может начать проводить ток и очень даже неплохо. Ну вот, например, при сильном нагревании изоляции электропроводки, она начинает проводить электрический ток, что приводит к короткому замыканию.


У веществ третьей группы (рис. 1в), в отличие от первой, валентная и свободные зоны настолько широкие, что они перекрываются и запрещенная зона между ними попросту отсутствует. Большинство электронов в валентной зоне может двигаться, потому что, увеличивая свой импульс, они просто занимают одно из многочисленных свободных мест в свободной зоне. Вещества третьей группы называют проводниками. Большинство металлов - проводники. Достаточно поместить проводник во внешнее электрическое поле, как по нему сразу начинает протекать электрический ток.

У веществ второй группы (рис. 1б) ширина запрещенной зоны между валентной и свободной зонами невелика, порядка одного электрон-вольта. При низких температурах такие вещества ведут себя как отличные диэлектрики, но стОит повысить температуру - они сразу начинают проводить электрический ток тем лучше, чем выше температура. Такие вещества называют полупроводниками. Полупроводники обладают весьма интересными свойствами, о которых речь пойдет в дальнейшем.

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Твердое тело. Часть вторая. Энергетические уровни К содержанию Электрический ток
репетитор,гдз,преподователь,учитель
Новости:




 

copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь