Электрический ток в металлах и полупроводниках

Исследование температурной зависимости сопротивления металлов, полупроводников, ТЭДС

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Цель данной работы состоит в экспериментальном изучении зависимости сопротивления металлов, полупроводников, термоЭДС от температуры.

 

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ

 

Электрический ток в металлах и полупроводниках

По своей способности проводить электрический ток твёрдые тела подразделяются на проводники, диэлектрики и полупроводники.

Для количественной характеристики электрических свойств тел используют физические величины: проводимость проводника, а также сопротивление проводника. Материал, из которого изготовлены элементы цепи, оценивают с помощью физических величин: удельная электрическая проводимость и удельное сопротивление проводника.

Удельная электропроводность

-металлов () имеет порядок (10⁸…10⁶) Ом^-1×м^-1,

- диэлектриков (10¹⁵÷…10^-18) Ом^-1×м^-1

- полупроводников (10²…10^-11) Ом^-1×м^-1.

 

Фундаментальным законом в этой области является закон Ома, который можно записать в виде:

 

                                (1)

 

где  – вектор плотности тока,

 – вектор напряженности электрического поля внутри проводника.

Формула (1) называется законом Ома в дифференциальной форме. Для вычисления силы тока, проходящего по проводнику, необходимо знать скорость, которую приобретают электроны под действием электрического поля. Эта скорость  называется дрейфовой, и хотя она намного меньше скорости теплового хаотического движения электронов, именно дрейфовая скорость определяет силу тока в проводнике.

 

Дрейфовая скорость – это средняя скорость направленного движения носителей заряда. Если концентрация носителей тока равна , то плотность тока равна:

 

                            (2)

 

где е – элементарный электрический заряд.

Средняя дрейфовая скорость носителей тока прямо пропорциональна внешнему электрическому полю:

 

                              (3)

 

где  – коэффициент пропорциональности, называемый «подвижность носителей тока». Из формулы (3) виден физический смысл подвижности: подвижность носителей тока численно равна дрейфовой скорости носителей в электрическом поле единичной напряженности. Подвижность носителей является константой данного материала и зависит от температуры.

Согласно теории электропроводности проводимость твердого тела определяется следующим соотношением:

 

.                          (4)

Проводимость физическая величина определяющая способность материала пропускать электрический ток

 

Взаимосвязь между проводимостью и удельным сопротивлением определяется формулой: . Сопротивление проводника характеризует его способность препятствовать прохождению тока.