6. ЭЛЕКТРОНЫ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ

Современной физикой доказано, что электроны в теле не могут обладать произвольными энергиями. Энергия каждого электрона может принимать лишь определенные значения, называемые уровнями энергии (или энергетическими уровнями).

Электроны, расположенные ближе к ядру атома, обладают меньшими энергиями, т. е. находятся на более низких энергетических уровнях. Чтобы удалить электрон от ядра, надо преодолеть взаимное притяжение между электроном и ядром. Для этого надо затратить некоторую энергию. Поэтому удаленные от ядра электроны обладают большими энергиями; они находятся на более высоких энергетических уровнях.

Когда электрон переходит с более высокого энергетического уровня на более низкий, выделяется определенное количество энергии, называемое квантом (или фотоном). Если атом поглощает один квант энергии, то электрон переходит с более низкого энергетического уровня на более высокий. Таким образом, энергия электронов изменяется только квантами, т. е. определенными порциями.

Распределение электронов по уровням энергии изображают схематически: по вертикали откладывают энергию W электрона, а горизонтальными линиями показывают уровни энергии.

В соответствии с так называемой зоной теорией твердого тела энергетические уровни объединяются в отдельные зоны. Электроны внешней оболочки атома заполняют ряд энергетических уровней, составляющих валентную зону. Более низкие энергетические уровни входят в состав других зон, заполненных электронами, но эти зоны не играют роли в явлениях электропроводности и поэтому они не изображаются на рисунке. В металлах и полупроводниках существует большое количество электронов, находящихся на I более высоких энергетических уровнях. Эти уровни составляют зону проводимости. Электроны этой зоны, называемые электронами проводимости, совершают беспорядочное движение внутри тела, переходя от одних атомов к другим. Именно электроны проводимости обеспечивают высокую электропроводность металлов.

Атомы вещества, отдавшие электроны в зону проводимости, можно рассматривать как положительные ионы. Они располагаются в определенном порядке, образуя пространственную решетку, называемую иначе ионной, или кристаллической. Состояние этой решетки соответствует равновесию сил взаимодействия между атомами и минимальному значению общей энергии всех частиц тела. Внутри пространственной решетки происходит беспорядочное движение электронов проводимости.

Иная энергетическая структура характерна для диэлектриков. У них между зоной проводимости и валентной зоной существует запрещенная зона, соответствующая уровням энергии, на которых электроны не могут быть.

При нормальной температуре у диэлектриков в зоне проводимости имеется только очень небольшое количество электронов и поэтому диэлектрик обладает ничтожно малой проводимостью. Но при нагревании некоторые электроны валентной зоны, получая добавочную энергию, переходят в зону проводимости, и тогда диэлектрик приобретает заметную электропроводность.

Полупроводники при низких температурах являются диэлектриками, а при нормальной температуре значительное количество электронов переходит из валентной зоны в зону проводимости.

В настоящее время для изготовления полупроводниковых приборов наиболее широко используют германий и кремний, имеющие валентность, равную 4. Пространственная кристаллическая решетка германия или кремния состоит из атомов, связанных друг с другом валентными электронами. Такая связь называется ковалентной или парноэлектронной.

Автор: Косарева О.А.

<< Назад: Движение электронов в однородном магнитном поле

>> Вперед: Собственная электронная и дырочная электропроводимости

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Наследственное право. Шпаргалка

▪ Оперативная хирургия. Шпаргалка

▪ Финансы. Шпаргалка

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Звуковые волны - источники отрицательной гравитации, имеющие отрицательную массу 30.08.2018 С точки зрения классической физики, известной нам еще со времен школьной скамьи, звуковые волны не являются носителем массы. Они лишь переносят импульс энергии, которая заставляет колебаться атомы или молекулы вещества, через которое они проходят. Однако, исследователи из Колумбийского университета после серии теоретических изысканий и расчетов определили, что звуковые волны, представленные в виде квазичастиц - фононов, не только имеют массу, но и производят очень слабое гравитационное поле. Более того, согласно результатам этих расчетов, фононы имеют отрицательную массу и, как следствие, вырабатывают отрицательную гравитацию. Первый признак, указывающий на наличие отличной от нуля массы у звуковых волн, содержится в так называемой теории точечных частиц (point-particle theory). Согласно этой теории, фононы, находящиеся в среде сверхтекучих жидкостей (супержидкости) при температуре близкой к температуре абсолютного нуля, подвергаются воздействию сил гравитации, при этом, сила взаимодействий зависит исключительно от энергии (импульса) фонона и уравнения, описывающего состояние супержидкости. Если взять за основу традиционные уравнения, то величина взаимодействий фонона и гравитации соответствует отрицательной массе квазичастицы, т.е. под воздействием земной гравитации, к примеру, траектория движения фонона будет загибаться вверх. Такой эффект абсолютно эквивалентен эффекту стандартного преломления, описываемого законом Снеллиуса (Snell's law). В присутствии гравитации давление супержидкости зависит от глубины, а от давления, в свою очередь, зависит скорость распространения звуковых волн. В результате этого, фононы в супержидкости не движутся по прямым путям, а это отклонение очень хорошо описывается с точки зрения наличия "гравитационной массы" фонона. Вычисления массы фонона показали, что она имеет весьма маленькую величину. Если взять супержидкость из гелия-4 и создать в ней фонон с очень высокой для этого вида частиц энергией (1 КэВ/с), то его масса составит 1 ГэВ/с2, т.е. не более массы одного атома гелия. Сейчас ученые разрабатывают экспериментальную установку, при помощи которой эффект "гравитационной массы" фонона может быть обнаружен и изучен на практике. Предполагается, что роль супержидкости в этой установке будет играть облако сверхожлажденных атомов (конденсат Бозе-Эйнштейна) или определенные молекулярные газы, при помощи которых можно получить низкие значения скорости звуковых волн. Одним из препятствий, которое стоит на пути ученых, является то, что современные атомные часы и квантовые гравитометры могут обнаруживать изменения гравитационных полей не менее нескольких долей нм/с2. Этого недостаточно для проведения измерений массы фононов и ученым придется прибегнуть к некоторым уловкам для того, чтобы усилить изучаемый эффект. В ином же случае им придется ждать еще достаточно долго, пока не появятся измерительные методы следующих поколений, имеющие приемлемый порог чувствительности.

Другие интересные новости:

▪ Мужчины хуже переносят жару

▪ Неуязвимая электроника

▪ Согласующий трансформатор BALF-SPI2-02D3

▪ Новая экстримальная батарейка

▪ Сверхскоростные SD-карты Verbatim

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цветомузыкальные установки. Подборка статей

▪ статья Географическое понятие. Крылатое выражение

▪ статья Что символизирует звезда на логотипе Мерседес-Бенц? Подробный ответ

▪ статья Свинорой пальчатый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Термометр-приставка к цифровому мультиметру. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Шлифовальное устройство из дисковода. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025