Электрические свойства твердого тела зависят от того, как электроны составляющих его атомов распределяются по орбитальным уровням при его кристаллизации.
Как мы знаем из модели атома Бора, электроны в атоме расположены на различных орбитальных уровнях, характеризующихся различной удаленностью от ядра и, соответственно, различной энергией связи электрона с ядром. При образовании кристаллической решетки твердого тела орбиты электронов несколько деформируются, и, соответственно, смещаются энергетические уровни удержания электронов на них. Это смещение можно представить себе двояко. С одной стороны, можно заметить, что, находясь в составе твердого тела, электрон не может не подвергаться электрическому воздействию со стороны соседних атомов — он притягивается к их ядрам и отталкивается их электронами. С другой стороны, два электрона, в силу принципа запрета Паули, не могут находиться на одной орбите в одном и том же энергетическом состоянии, то есть, два любых электрона в любом случае находятся на несколько отличающихся друг от друга энергетических уровнях.
В любом случае, можно понять, что при образовании твердого тела в смысле кристаллизации атомов в жесткую структуру каждый энергетический электронный уровень в атомах расщепляется на ряд близких подуровней, объединенных в энергетический слой или полосу. Все электроны, находящиеся в данной энергетической полосе, обладают очень близкими энергиями. На близких к ядру орбитах электроны находятся в связанном состоянии — они не способны оторваться от ядра, поскольку, хотя теоретически перескок электрона из одного атома в другой — на ту же по энергии орбиту — возможен, все нижние орбиты соседних атомов заняты, и реальная миграция электронов между ними невозможна.
Поэтому самой важной с точки зрения теории электрической проводимости является валентная полоса — размытый на подуровни внешний слой электронной оболочки атомов, который у большинства веществ не заполнен (исключение — инертные газы, но они кристаллизуются лишь при сверхнизких температурах). Поскольку внешний слой не насыщен электронами, в нем всегда имеются свободные подуровни, которые могут занять электроны из внешней оболочки соседних атомов. И электроны, действительно, проявляют удивительную подвижность, хаотично мигрируя от атома к атому в пределах валентного слоя, а в присутствии внешней разности электрических потенциалов они дружно «маршируют» в одном направлении, и мы наблюдаем электрический ток. Именно поэтому нижний слой, в котором имеются свободно перемещающиеся электроны, принято называть проводящим слоем — при этом это даже не обязательно самый верхний (валентный) орбитальный слой электронов в атоме.
Многослойную теорию строения твердого тела можно использовать для объяснения электропроводности вещества. Если валентный слой твердого тела заполнен, а до следующей незаполненной энергетической полосы далеко, вероятность того, что электрон на нее запрыгнет, близка к нулю. Значит, электроны прочно привязаны к атомам и практически не образуют проводящего слоя. Соответственно, и под воздействием электрической разности потенциалов с места они не двигаются, и мы имеем изолятор — вещество, не проводящее электрический ток.
Проводник, с другой стороны, как раз представляет собой вещество с частично заполненным валентным слоем, внутри которого электроны имеют значительную свободу перемещения от атома к атому. Наконец, полупроводники — это кристаллические вещества с заполненным валентным слоем, и в этом они подобны изоляторам, однако энергетический разрыв между валентным уровнем и следующим, проводящим энергетическим уровнем у них настолько незначителен, что электроны допрыгивают до него при обычных температурах чисто в силу теплового движения.
Другие работы по теме:
Сущность неоклассической экономической теории
Неоклассическая экономическая теория возникла в 1870-е годы. Представители: Карл Менгер, Фридрих фон Визер, Эйген фон Бём-Баверк (австрийская школа), У. С. Джевонс и Л. Вальрас (математическая школа), Дж. Б. Кларк (американская школа), А. Маршалл и А. Пигу (кембриджская школа).
Строение и свойства вещества
Министерство путей сообщения Российской Федерации Дальневосточный Государственный Университет путей сообщения КАФЕДРА «Химия» Курсовой проект
К вопросу о металлической связи в плотнейших упаковках химических элементов
К вопросу о металлической связи в плотнейших упаковках химических элементов Г.Г.Филипенко Гродно АННОТАЦИЯ. Обычно в литературе металлическая связь описывается, как осуществленная посредством обобществления внешних электронов атомов и не обладающая свойством направленности. Хотя встречаются попытки (см. ниже ) объяснения направленной металлической связи т.к. элементы кристализуются в определенный тип решетки.
Определение электропроводности лизина
МИНИСТЕРСТОВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Химический факультет кафедра физической химии Курсовая работа
Электронные цепи СВЧ (конспект) Add1
Параметры матрицы рассеяния могут быть рассчитаны по известной матрице проводимости четырехполюсника по формуле: – единичная матрица. Необходимо отметить важную особенность параметров матрицы рассеяния, связанную с направлением прохождения сигнала. При изменении направления передачи изменятся лишь индексы в параметрах рассеяния (
Основные вопросы теории электрических цепей
Какое устройство используют для накопления заряда. Понятие электрического тока. Условия возникновения электродвижущей силы. Сила тока и его мощность. Закон Ома для участка сети. Электронапряженность и электропроницаемость. Проводники и диэлектрики.
К вопросу о механизме сверхпроводимости в металлах- сверхпроводниках.
В данной работе показано, что кроме тепловых колебаний атомов, влияющих на проводимость металлов-сверхпроводников при низких температурах (теория БКШ), существенное влияние на появление сверхпроводимости должно оказывать число электронов, отданых в зону проводимости каждым атомом кристаллической решетки,и взаимодействием этих электронов в зоне проводимости.
Расчет централизованных вакуумных систем
В централизованных вакуумных системах откачки одним насосом одновременно откачивается несколько объектов подключенных к общему коллектору . Пример централизованной системы является подключение нескольких высоковакуумных насосов к одному форвакуумному насосу . Расчетная схема централизованной откачки показана на рис. 1 .
Фоторезисторы
ФОТОРЕЗИСТОР (от фото... и резистор), представляет собой непроволочный полупроводниковый резистор , омическое сопротивление которого определяется степенью освещенности . В основе принципа действия фоторезисторов лежит явление фотопроводимости полупроводников. Фотопроводимость- увеличение электрической проводимости полупроводника под действием света.
Расчет централизованных вакуумных систем
В централизованных вакуумных системах откачки одним насосом одновременно откачивается несколько объектов подключенных к общему коллектору . Пример централизованной системы является подключение нескольких высоковакуумных насосов к одному форвакуумному насосу . Расчетная схема централизованной откачки показана на рис. 1 .
Проектирование устройств фильтрации 2
Учреждение образования Белорусский Государственный университет информатики и радиоэлектроники Курсовой проект «Проектирование устройств фильтрации»
Проектирование высоковакуумной магистрали
Методика расчета высоковакуумной магистрали. Порядок расчета газовых колонок, выбор и обоснование откачных средств. Расчет проводимости соединительных трубопроводов и оценка совместимости откачных средств. Определение быстроты откачки в трубопроводах.
«Кинетический фазовый контраст в атомно-силовой микроскопии»
Относительная простота интерпретации получаемых изображений при высокой разрешающей способности и прецизионной точности измерений зондовой микроскопии позволяет решать многочисленные задачи, которые невозможно решить другими экспериментальными методами
Фоторезистор
Фоторезистор представляет собой непроволочный полупроводниковый резистор, омическое сопротивление которого определяется степенью освещенности.
О происхождении электрического заряда
Существует возможность выразить большинство важнейших физических параметров, включая, массу, энергию и заряд, в метрах и секундах. Это позволяет с единой точки зрения интерпретировать самые различные явления физики.
Полевые модели элементарных частиц
Теория показывает, что, если учитывать квантовый характер возмущений поля, то можно построить и рассчитать не только дискретные поперечные электромагнитные волны (возмущения) - фотоны, но и остальные элементарные частицы.
Расчёт полупроводникового выпрямителя
Однополупериодный выпрямитель. За счет односторонней проводимости диодов ток протекает только в положительные полупериоды напряжения U и следовательно имеет импульсную форму.
Закон Ома
Электрическое сопротивление проводника не зависит от поданного на него напряжения.
Волноводы
Определение геометрии прямоугольного и круглого волновода, расчет и построение графиков частотной зависимости электрических характеристик (фазовой, групповой скоростей и т.д.). Расчет геометрии коаксиальной, несимметричной, симметричной полосковой линии.
Алгоритм «рамо»
Имея представление о механизме функционирования минимальной ТС, можно предложить несложный рекурсивный алгоритм «Машина Открытий» (РАМО). Напомним, что суть создания ТС заключается в организации двунаправленного энергетического канала (ЭК).
Флэш-память: типы и принципы
Флэш-память в современных карманных компьютерах используется для решения двух основных задач. Во-первых, для хранения программных модулей ОС, во-вторых, она используется в качестве внешнего накопителя данных.
Метод фиксации потенциала
Эксперимент с фиксацией потенциала, понятие тока утечки. Токи ионов натрия и калия. Удобные фармакологические средства, позволяющие избирательно блокировать натриевые или калиевые токи. Зависимость ионных токов от мембранного потенциала, их инактивация.
Ионные механизмы потенциала действия
Количественное описание механизмов, участвующих в генерации потенциала действия. Натриевые и калиевые токи, соотношение натрия и калия на фазе роста потенциала клетки. Положительная и отрицательная обратная связь во время изменений проводимости.