Как видно, электронная теория хорошо объясняет существование электрического сопротивления метало, законы Ома, Джоуля-Ленца, позволяет найти выражение для удельной электропроводности металлов. Эта теория объясняет и другие электрические и оптические свойства вещества.
Однако в некоторых вопросах эта теория дает расхождение с опытом.
Так, из опыта известно, что удельное сопротивление проводников увеличивается прямо пропорционально температуре. Как видно из (18.2), , т.к. VT~ . Т.о., теория дает лишь количественно согласие с опытом (рис.18.1). Другим примером служит теория теплоемкости электронного газа и теплоемкости кристаллической решетки. Поэтому теплоемкость металлов должна быть намного выше, чем у диэлектриков, у которых свободных электронов нет. Однако опыт не подтверждает этого.
Недостатки теории возникли вследствие того, что к электронам в металле нельзя применять законы механики Ньютона. Их движение подчиняется другим закономерностям, что рассматривает квантовая механика.
|
|
Однако электронная теория не утратила своего значения. Она позволяет во многих случаях быстро найти правильные качественные результаты в наглядной форме. Расхождение между электронной и квантовой теориями оказывается тем меньше, чем меньше концентрация электронов и выше температура. Поэтому при рассмотрении электронных явлений в газах и полупроводниках, где концентрация электронов значительно меньше, чем в металлах, электронная теория может быть применима не только качественно, но и количественно.
Лекция 19. ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Полупроводники
Наряду с металлическими проводниками существуют и проводники другого типа. Как и у металлов проводимость у них электронная, и ток не сопровождается химическими изменениями. Однако концентрация электронов в них намного меньше, чем у металлов и сильно увеличивается с возрастанием температуры. Вещества такого типа называют электронными палупроводниками. Они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Принято относить к ним вещества, удельная электропроводность которых лежит в пределах 10-8Ом-1м-1<s<107Ом-1м-1. Полупроводниками являются многие элементы - кремний, германий, селен и др., а также многие химические соединения. Сильная зависимость электропроводности, а, следовательно, концентрации носителей тона от температуры в полупроводниках показывает, что в них электроны проводимости возникают под действием теплового движения. Взаимодействие между атомами в полупроводниках не достаточно для отщепления свободных электронов. Для этого электронам необходимо сообщить добавочную энергию W - энергию ионизации, которая берется за счет тепла. Так, для кремния она составляет 1,09эв, для германия 0,72эв. Энергия же теплового движения при комнатной температуре (Т~300К) составляет 0,025эв.