Электрический ток в металлах

Лекция
Julia Kjahrenova
1





это
упорядоченное
движение
электронов под действием эл. поля.
Классическая
электронная
теория
Х. Лоренца :
ионы образуют кристалл. решетку
металла
электроны в металлах ведут себя как
электронный газ (как идеальный газ).
электронный
газ
заполняет
пространство между ионами металла
(рис.)
Julia Kjahrenova
2
Julia Kjahrenova
3
электроны движутся хаотично(при
комнатной
t°
υ≈105м/с)
и
сталкиваются с ионами решетки
 электроны могут покинуть металл,
преодолев потенциальный барьер
(работа выхода) при высокой t°.
 электроны
участвуют в тепловом
движении

Julia Kjahrenova
4
Полупроводник — материал, который по
своей удельной проводимости (мера
способности
вещества
проводить
электрический
ток)
занимает
промежуточное
место
между
проводником и диэлектриком.
У проводников:
 свободные заряды (электроны) участвуют
в тепловом движении
 электроны могут перемещаться по всему
объему проводника.

Julia Kjahrenova
5
типичные проводники – металлы
 удельное эл. сопротивление ρ < 10−5
Ом·м
Диэлектрики (изоляторы):
 состоят из нейтральных атомов или
молекул
 заряженные частицы в нейтральном
атоме связаны друг с другом
 у
них
отсутствуют
свободные
электрические заряды

Julia Kjahrenova
6
заряженные
частицы
не
могут
перемещаться под действием эл.
поля по всему объему диэлектрика
 плохо
проводят или совсем не
проводят электрический ток
 материалы, у которых ρ > 108 Ом·м

Julia Kjahrenova
7
 Для
наружного
монтажа
электропроводки
Julia Kjahrenova
8



С понижением температуры удельное
сопротивление ρ (Ом·м) металлов
падает.
(ρ = 1Ом·м– сопротивление однородного
куска проводника длиной 1 м и площадью
токоведущего сечения 1 м²)
У полупроводников с ↓ t° ρ возрастает,
вблизи абсолютного нуля (−273,15 °C)
они
практически
становятся
изоляторами (рис.)
Julia Kjahrenova
9
Julia Kjahrenova
10

Зависимость ρ (T) показывает, что у
полупроводников
концентрация
носителей свободного заряда не
остается
постоянной,
а
увеличивается с ↑ t°.
Julia Kjahrenova
11
атомы Ge на внешней оболочке
имеют 4 слабо связанных электрона
 при
↑ t°
некоторые валентные
электроны могут получить Е для
разрыва связей
 в кристалле возникнут свободные
электроны проводимости
 в местах разрыва связей образуются
дырки

Julia Kjahrenova
12
при заданной t° в единицу времени
образуется определенное кол-во
электронно-дырочных пар
в
отсутствие
эл.поля
℮
проводимости и дырки участвуют в
хаотическом тепловом движении
 ток I в полупроводнике складывается
из электронного In и дырочного Ip
токов: I= In+ Ip

Julia Kjahrenova
13