Электропроводность твердых тел. Проводники. Диэлектрики. (Лекция 1)

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Электропроводность твердых тел. Проводники. Диэлектрики. (Лекция 1)

Содержание

2. Проводники. Диэлектрики. Полупроводники По способности проводить электрический ток среди твердых тел различают проводники, полупроводники и диэлектрики.
3. Модель свободных электронов (теория Друде-Лоренца) Основные идеи модели свободных электронов схожи с основными положениями молекулярно-кинетической теории.
4. Основные положения модели свободных электронов Электроны в проводнике обладают всеми свойствами идеального одноатомного газа. В интервалах
5. Основные положения модели свободных электронов Вероятность столкновения в единицу времени w =1/τ , где τ –
6. Статическая электропроводность металлов (тепловая скорость) Теория Друде-Лоренца в рамках классического представления объясняет закон Ома и позволяет
7. Статическая электропроводность металлов (дрейфовая скорость) Средняя скорость vd, которой достигает электрон под действием электрического поля напряженностью
8. Статическая электропроводность металлов (закон Ома и закон Джоуля-Ленца) Рассматривая дрейф всего электронного облака под действием приложенного
9. Элементы зонной теории твердого тела Ни классическая электронная теория электропроводности, ни квантовая теория, основанная на модели
11. Скачать презентацию

Слайд 2

Проводники. Диэлектрики. Полупроводники
По способности проводить электрический ток среди твердых тел различают

проводники, полупроводники и диэлектрики.
К проводникам относят материалы с проводимостью σ > 106 Ом-1см-1, как правило, это металлы, в которых высокая проводимость обусловлена большой концентрацией свободных электронов.
В диэлектриках концентрация электронов проводимости при комнатной температуре исчезающее мала, проводимость диэлектриков, как правило, носит ионный характер, значение проводимости σ < 10-10 Ом-1см-1
Полупроводники занимают промежуточную позицию, в зависимости от состава материала, температуры и концентрации примесей электропроводность полупроводников изменяется в широких пределах.

Слайд 3

Модель свободных электронов (теория Друде-Лоренца)
Основные идеи модели свободных электронов схожи с

основными положениями молекулярно-кинетической теории. В модели свободных электронов считается, что электроны в проводнике ведут себя подобно идеальному одноатомному газу, взаимодействуя между собой и с ионами кристаллической решетки твердого тела только в процессе упругих соударений.

Слайд 4

Основные положения модели свободных электронов
Электроны в проводнике обладают всеми свойствами идеального

одноатомного газа. В интервалах между столкновениями отсутствует взаимодействие электронов с другими электронами и ионами кристаллической решетки. В отсутствие внешних электромагнитных полей электрон движется прямолинейно с постоянной скоростью до очередного столкновения. Во внешнем поле электрон движется в соответствии с воздействием только этого поля, внутренние поля, создаваемые другими электронами и ионами не учитываются.
Столкновения являются мгновенными событиями, внезапно меняющими скорость электронов. При этом рассеяние электрона на электроне не вносит существенного вклада в общую диссипацию энергии. Предполагается, что основным механизмом рассеяния является столкновение электронов с неподвижными ионами кристаллической решетки.

Слайд 5

Основные положения модели свободных электронов
Вероятность столкновения в единицу времени w =1/τ

, где τ – среднее время между двумя последовательными столкновениями, которое не зависит от пространственного положения электрона и его скорости.
Электрон приходит в состояние теплового равновесия с окружением через столкновения. Скорость электрона после столкновения не зависит от скорости электрона до столкновения, направлена случайным образом и соответствует температуре в данной области кристалла.

Слайд 6

Статическая электропроводность металлов (тепловая скорость)
Теория Друде-Лоренца в рамках классического представления объясняет

закон Ома и позволяет оценить сопротивление проводника.
Механизмом электросопротивления проводника считается потеря скорости электрона при столкновении с неподвижным ионом решетки.
Движение электронов в кристалле происходит со средней тепловой скоростью vT

Слайд 7

Статическая электропроводность металлов (дрейфовая скорость)
Средняя скорость vd, которой достигает электрон под

действием электрического поля напряженностью Е за время движения между двумя последовательными столкновениями, (эту скорость называют скоростью дрейфа) по значению существенно меньше тепловой.

Слайд 8

Статическая электропроводность металлов (закон Ома и закон Джоуля-Ленца)
Рассматривая дрейф всего электронного

облака под действием приложенного к проводнику электрического поля, придем к закону Ома
где удельная проводимость γ
n – концентрация электронов проводимости (считается, что каждый атом кристалла отдает по меньшей мере один электрон),
λ – средняя длина пробега электрона между двумя последовательными столкновениями.
Для конкретного металла в классической теории электропроводности концентрация электронов определяется с учетом валентности данного металла.
Классическая электронная теория электропроводности дает удовлетворительную трактовку и для закона Джоуля – Ленца

Слайд 9

Элементы зонной теории твердого тела
Ни классическая электронная теория электропроводности, ни квантовая

теория, основанная на модели свободных фермионов, не может дать ответа на вопрос, почему одни тела являются полупроводниками, а другие проводниками или диэлектриками. Для ответа на этот вопрос необходимо, используя квантово-механический подход, рассмотреть сложный вопрос взаимодействия валентных электронов с атомами кристаллической решетки.
В общем случае такая задача является многочастичной и требует решения системы уравнений Шредингера для всех частиц, образующих кристалл. В общем виде решение такой задачи не представляется возможным в силу огромного количества (не менее 1023 переменных), а также вследствие соотношения неопределенностей. Поэтому задачи, связанные с поведением электронов в кристалле, решаются при некоторых упрощающих допущениях.

Электропроводность твердых тел. Проводники. Диэлектрики. (Лекция 1)

Содержание

Проводники. Диэлектрики. ПолупроводникиПо способности проводить электрический ток среди твердых тел различают

Модель свободных электронов (теория Друде-Лоренца)Основные идеи модели свободных электронов схожи с

Основные положения модели свободных электроновЭлектроны в проводнике обладают всеми свойствами идеального

Основные положения модели свободных электроновВероятность столкновения в единицу времени w =1/τ

Статическая электропроводность металлов (тепловая скорость) Теория Друде-Лоренца в рамках классического представления объясняет

Статическая электропроводность металлов (дрейфовая скорость) Средняя скорость vd, которой достигает электрон под

Статическая электропроводность металлов (закон Ома и закон Джоуля-Ленца)Рассматривая дрейф всего электронного

Элементы зонной теории твердого телаНи классическая электронная теория электропроводности, ни квантовая

Похожие презентации