Nos semicondutores, a condutividade elétrica depende significativamente da temperatura. Em temperaturas próximas do zero absoluto, eles se transformam em isolantes, e em altas temperaturas sua condutividade torna-se significativa. Ao contrário dos metais, o número de elétrons de condução em semicondutores não é igual ao número de elétrons de valência, mas apenas uma pequena parte dele. A forte dependência da condutividade dos semicondutores com a temperatura indica que os elétrons de condução surgem neles sob a influência do movimento térmico.

7.Formule e escreva a lei de Brewster. Explique sua resposta com um desenho.

Se a tangente do ângulo de incidência do feixe na interface de dois dielétricos for igual ao índice de refração relativo, então o feixe refletido é completamente polarizado em um plano perpendicular ao plano de incidência, ou seja, paralelo à interface entre a mídia

tg a B = n 21.

Aqui a B é o ângulo de incidência da luz, chamado ângulo de Brewster, n 21 é o índice de refração relativo do segundo meio em relação ao primeiro

8. Qual é a essência das relações de incerteza de Heisenberg?

x* p x >=h

y* p y >=h

z* p z >=h

E*t>=h

Δx, y, z - imprecisão na determinação da coordenada

Δp – imprecisão na determinação do impulso

Física. significado: é impossível medir com precisão a posição e o impulso ao mesmo tempo.

9. Como mudará a frequência das oscilações livres no circuito oscilatório se a indutância da bobina for aumentada em 4 vezes e a capacitância do capacitor for reduzida em 2 vezes?

Resposta: diminuirá pela metade

10. Indique o produto da reação nuclear Li+ H He+?

11. Qual é a resistência indutiva de uma bobina com indutância de 2 mH com frequência de oscilação de corrente n = 50 Hz?

R L =wL=2πνL=0,628 (Ohm). Resposta: R L =0,628 (Ohm)

Se o índice de refração absoluto de um meio é 1,5, qual é a velocidade da luz nesse meio?

n = c/v 2*10 8

13. O comprimento de onda da radiação gama é nm. Que diferença de potencial U deve ser aplicada ao tubo de raios X para obter raios X com este comprimento de onda?

14. O comprimento de onda de De Broglie para uma partícula é 2,2 nm. Encontre a massa da partícula se ela se move com velocidade .

m = = 6, 62*10 -34 /2, 2*10 -9 *10 5 =3, 01*10 -30 ;

Como resultado do espalhamento de um fóton por um elétron livre, o deslocamento Compton acabou sendo 1,2 pm. Encontre o ângulo de dispersão.

16. O circuito oscilatório contém um capacitor de 50nF e uma indutância de 5/(4) μH. Determine o comprimento de onda da radiação

17. A função trabalho de um elétron saindo da platina é. Qual é a energia cinética máxima dos fotoelétrons ejetados da platina pela luz com comprimento de onda de 0,5 mícron?

18. A distância entre as linhas da rede de difração é d = 4 µm. Luz com comprimento de onda de = 0,6 µm. Qual é a ordem máxima de grandeza dada por esta rede?

d=4μm, , dsinj = nl, sinj=1,n= =

Papoula. pedido - 6

19. Qual é a meia camada de absorção de luz d 1/2, se quando a luz passa por uma camada de substância de 30 mm, a intensidade da luz diminui 8 vezes? , , , , , , ,

20. No experimento de Young, os buracos foram iluminados com luz monocromática de comprimento de onda = 6 10 -5 cm, a distância entre os furos é de 1 mm e a distância dos furos até a tela é de 3 m. Encontre a posição da primeira faixa de luz .

Opção 18

1. Um campo magnético é chamado uniforme se... o vetor de indução magnética é o mesmo em todos os pontos. exemplo (ímã permanente)

2. Quais oscilações são chamadas de forçadas?

Oscilações forçadas são oscilações que ocorrem em qualquer sistema sob a influência de uma influência externa variável. A natureza das oscilações forçadas é determinada tanto pelas propriedades da influência externa quanto pelas propriedades do próprio sistema.

3.O que é chamado de efeito fotoelétrico externo?

O efeito fotoelétrico externo é a ejeção de elétrons de uma substância sob a influência da radiação eletromagnética. O efeito fotoelétrico externo é observado principalmente em condutores

4. O que é chamado de corpo negro perfeito?

Um corpo capaz de absorver completamente, em qualquer temperatura, toda a radiação de qualquer frequência incidente sobre ele é chamado de preto. Consequentemente, a capacidade de absorção espectral de um corpo negro para todas as frequências e temperaturas é identicamente igual à unidade ()

5. Formule e escreva a lei de Lambert

A lei Bouguer-Lambert-Beer é uma lei física que determina a atenuação de um feixe de luz monocromático paralelo à medida que se propaga em um meio absorvente.

onde é a intensidade do feixe incidente, l é a espessura da camada de substância através da qual a luz passa, é o índice de absorção

Quais são suas características? Qual é a física dos semicondutores? Como eles são construídos? O que é condutividade de semicondutores? Quais características físicas eles possuem?

Como são chamados os semicondutores?

Isto se refere a materiais cristalinos que não conduzem eletricidade tão bem quanto os metais. Mas ainda assim este indicador é melhor que o dos isoladores. Tais características se devem ao número de transportadores móveis. De modo geral, existe um forte apego aos núcleos. Mas quando vários átomos, digamos o antimônio, que tem um excesso de elétrons, são introduzidos no condutor, esta situação será corrigida. Quando o índio é usado, são obtidos elementos com carga positiva. Todas essas propriedades são amplamente utilizadas em transistores - dispositivos especiais que podem amplificar, bloquear ou passar corrente em apenas uma direção. Se considerarmos um elemento do tipo NPN, podemos notar um papel amplificador significativo, que é especialmente importante na transmissão de sinais fracos.

Características de design de semicondutores elétricos

Os condutores têm muitos elétrons livres. Os isoladores praticamente não os possuem. Os semicondutores contêm um certo número de elétrons livres e lacunas com carga positiva que estão prontas para aceitar partículas liberadas. E o mais importante, todos eles conduzem.O tipo de transistor NPN discutido anteriormente não é o único elemento semicondutor possível. Portanto, também existem transistores PNP, assim como diodos.

Se falarmos brevemente sobre este último, então este é um elemento que pode transmitir sinais apenas em uma direção. Um diodo também pode transformar corrente alternada em corrente contínua. Qual é o mecanismo dessa transformação? E por que ele só se move em uma direção? Dependendo de onde vem a corrente, os elétrons e as lacunas podem divergir ou ir em direção um ao outro. No primeiro caso, devido ao aumento da distância, a alimentação é interrompida e, portanto, os portadores de tensão negativa são transmitidos em apenas uma direção, ou seja, a condutividade dos semicondutores é unidirecional. Afinal, a corrente só pode ser transmitida se as partículas constituintes estiverem próximas. E isso só é possível quando a corrente é fornecida por um lado. Esses são os tipos de semicondutores que existem e estão em uso atualmente.

Estrutura da banda

As propriedades elétricas e ópticas dos condutores se devem ao fato de que quando os níveis de energia são preenchidos com elétrons, eles são separados dos estados possíveis por um band gap. Quais são as características dela? O fato é que não existem níveis de energia no band gap. Isso pode ser alterado com a ajuda de impurezas e defeitos estruturais. A banda mais alta completamente preenchida é chamada de banda de valência. Isto é seguido por um que é permitido, mas vazio. É chamada de banda de condução. A física dos semicondutores é um tópico bastante interessante e será bem abordado no âmbito do artigo.

Estado do elétron

Para isso, são utilizados conceitos como número da zona permitida e quase-pulso. A estrutura do primeiro é determinada pela lei de dispersão. Ele diz que é influenciado pela dependência da energia do quase-momento. Assim, se a banda de valência estiver completamente preenchida com elétrons (que carregam carga nos semicondutores), então dizem que não há excitações elementares nela. Se por algum motivo não houver partícula, isso significa que uma quase-partícula carregada positivamente apareceu aqui - uma lacuna ou um buraco. Eles são portadores de carga em semicondutores na banda de valência.

Zonas degeneradas

A banda de valência em um condutor típico é degenerada seis vezes. Isso sem levar em conta a interação spin-órbita e somente quando o quase momento é zero. Nas mesmas condições, pode dividir-se em zonas degeneradas dupla e quádrupla. A distância de energia entre eles é chamada de energia de divisão spin-órbita.

Impurezas e defeitos em semicondutores

Eles podem ser eletricamente inativos ou ativos. A utilização do primeiro permite obter uma carga positiva ou negativa em semicondutores, que pode ser compensada pelo aparecimento de um buraco na banda de valência ou de um elétron na banda condutora. As impurezas inativas são neutras e têm um efeito relativamente fraco nas propriedades eletrônicas. Além disso, o que muitas vezes pode importar é a valência dos átomos que participam do processo de transferência de carga e a estrutura

Dependendo do tipo e da quantidade de impurezas, a relação entre o número de lacunas e de elétrons também pode mudar. Portanto, os materiais semicondutores devem sempre ser cuidadosamente selecionados para se obter o resultado desejado. Isso é precedido por um número significativo de cálculos e, posteriormente, experimentos. As partículas que a maioria das pessoas chama de portadoras de carga majoritária são minoritárias.

A introdução dosada de impurezas em semicondutores permite obter dispositivos com as propriedades exigidas. Defeitos em semicondutores também podem estar em estado elétrico inativo ou ativo. Os importantes aqui são deslocamento, átomo intersticial e vacância. Os condutores líquidos e não cristalinos reagem às impurezas de maneira diferente dos condutores cristalinos. A falta de uma estrutura rígida resulta, em última análise, no átomo deslocado recebendo uma valência diferente. Será diferente daquele com o qual ele inicialmente satura suas conexões. Torna-se inútil para o átomo dar ou ganhar um elétron. Nesse caso, ele se torna inativo e, portanto, os semicondutores com impurezas têm uma grande chance de falhar. Isso leva ao fato de que é impossível alterar o tipo de condutividade por dopagem e criar, por exemplo, uma junção pn.

Alguns semicondutores amorfos podem alterar suas propriedades eletrônicas quando expostos ao doping. Mas isso se aplica a eles em muito menor grau do que aos cristalinos. A sensibilidade dos elementos amorfos à liga pode ser aumentada através do processamento. Por fim, gostaria de ressaltar que graças a um trabalho longo e árduo, os semicondutores de impurezas ainda apresentam uma série de resultados com boas características.

Estatísticas de elétrons em um semicondutor

Quando o número de lacunas e elétrons existe é determinado apenas pela temperatura, pelos parâmetros da estrutura da banda e pela concentração de impurezas eletricamente ativas. Quando a razão é calculada, assume-se que algumas das partículas estarão na banda de condução (ao nível do aceitador ou doador). Também é levado em consideração o fato de que parte pode sair do território de valência e aí se formarem lacunas.

Condutividade elétrica

Nos semicondutores, além dos elétrons, os íons também podem atuar como portadores de carga. Mas a sua condutividade elétrica é, na maioria dos casos, insignificante. Como exceção, apenas os supercondutores iônicos podem ser citados. Existem três mecanismos principais de transferência de elétrons em semicondutores:

1. Zona principal. Nesse caso, o elétron começa a se mover devido a uma mudança em sua energia dentro de uma área permitida.
2. Transferência saltitante sobre estados localizados.
3. Polarônico.

Éxciton

Um buraco e um elétron podem formar um estado ligado. É chamado de exciton de Wannier-Mott. Neste caso, o que corresponde à borda de absorção, diminui no tamanho do valor do acoplamento. Se for suficiente, um número significativo de excitons pode ser formado em semicondutores. À medida que sua concentração aumenta, ocorre condensação e um líquido com buraco de elétron é formado.

Superfície semicondutora

Essas palavras denotam várias camadas atômicas localizadas próximas à borda do dispositivo. As propriedades de superfície diferem das propriedades volumétricas. A presença destas camadas quebra a simetria translacional do cristal. Isso leva aos chamados estados de superfície e polaritons. Desenvolvendo o tema destas últimas, devemos falar também sobre spin e ondas vibracionais. Devido à sua atividade química, a superfície é coberta por uma camada microscópica de moléculas ou átomos estranhos que foram adsorvidos do meio ambiente. Eles determinam as propriedades dessas diversas camadas atômicas. Felizmente, a criação da tecnologia de ultra-alto vácuo, na qual são criados elementos semicondutores, permite obter e manter uma superfície limpa durante várias horas, o que tem um efeito positivo na qualidade do produto resultante.

Semicondutor. A temperatura afeta a resistência

Quando a temperatura dos metais aumenta, a sua resistência também aumenta. Com semicondutores, o oposto é verdadeiro - nas mesmas condições, esse parâmetro diminuirá. A questão aqui é que a condutividade elétrica de qualquer material (e esta característica é inversamente proporcional à resistência) depende da carga atual dos portadores, da velocidade de seu movimento no campo elétrico e de seu número em uma unidade de volume de o material.

Nos elementos semicondutores, à medida que a temperatura aumenta, a concentração de partículas aumenta, devido ao qual a condutividade térmica aumenta e a resistência diminui. Você pode verificar isso se tiver um conjunto simples de jovens físicos e o material necessário - silício ou germânio, você também pode pegar um semicondutor feito deles. Aumentar a temperatura reduzirá sua resistência. Para ter certeza disso, você precisa estocar instrumentos de medição que permitirão ver todas as mudanças. Este é o caso geral. Vejamos algumas opções privadas.

Resistência e ionização eletrostática

Isto se deve ao tunelamento de elétrons que passam por uma barreira muito estreita que fornece aproximadamente um centésimo de micrômetro. Está localizado entre as bordas das zonas de energia. Seu aparecimento só é possível quando as zonas de energia estão inclinadas, o que ocorre apenas sob a influência de um forte campo elétrico. Quando ocorre o tunelamento (que é um efeito da mecânica quântica), os elétrons passam através de uma estreita barreira de potencial e sua energia não muda. Isto acarreta um aumento na concentração de portadores de carga, em ambas as bandas: condutividade e valência. Se o processo de ionização eletrostática for desenvolvido, pode ocorrer uma quebra do túnel do semicondutor. Durante este processo, a resistência dos semicondutores mudará. É reversível e assim que o campo elétrico for desligado todos os processos serão restaurados.

Resistência e ionização por impacto

Neste caso, buracos e elétrons são acelerados à medida que percorrem o caminho livre médio sob a influência de um forte campo elétrico até valores que promovem a ionização dos átomos e a quebra de uma das ligações covalentes (átomo principal ou impureza). A ionização por impacto ocorre como uma avalanche e os portadores de carga se multiplicam nela como uma avalanche. Neste caso, os buracos e elétrons recém-criados são acelerados por uma corrente elétrica. O resultado final do valor da corrente é multiplicado pelo coeficiente de ionização de impacto, que é igual ao número de pares elétron-buraco formados pelo portador de carga ao longo de um segmento de caminho. O desenvolvimento desse processo leva, em última análise, a uma quebra em avalanche do semicondutor. A resistência dos semicondutores também muda, mas, como no caso da ruptura do túnel, é reversível.

Aplicação de semicondutores na prática

A importância particular destes elementos deve ser observada na tecnologia informática. Quase não temos dúvidas de que você não estaria interessado na questão do que são semicondutores se não fosse pelo desejo de montar independentemente um objeto usando-os. É impossível imaginar o funcionamento de geladeiras, televisores e monitores de computador modernos sem semicondutores. Os desenvolvimentos automotivos avançados não podem prescindir deles. Eles também são usados ​​na aviação e na tecnologia espacial. Você entende o que são semicondutores e qual a sua importância? É claro que não se pode dizer que estes sejam os únicos elementos insubstituíveis para a nossa civilização, mas também não devem ser subestimados.

A utilização de semicondutores na prática também se deve a uma série de fatores, incluindo a ampla disponibilidade dos materiais com os quais são feitos, a facilidade de processamento e obtenção do resultado desejado, além de outras características técnicas pelas quais a escolha dos cientistas que o equipamento eletrônico desenvolvido foi escolhido por eles.

Conclusão

Examinamos detalhadamente o que são semicondutores e como funcionam. Sua resistência é baseada em processos físicos e químicos complexos. E podemos notificá-lo de que os fatos descritos no artigo não permitirão uma compreensão completa do que são semicondutores, pela simples razão de que mesmo a ciência não estudou completamente as características de seu trabalho. Mas conhecemos suas propriedades e características básicas, que nos permitem utilizá-los na prática. Portanto, você pode procurar materiais semicondutores e experimentá-los você mesmo, tomando cuidado. Quem sabe dentro de você existe um grande explorador?!

EM No caso de uma rede cristalina ideal, os elétrons de condução não experimentariam nenhuma resistência durante seu movimento, e a condutividade elétrica dos metais seria infinitamente grande. No entanto, a estrutura cristalina nunca é perfeita. A violação da periodicidade estrita da rede pode ser causada pela presença de impurezas ou vagas, bem como por vibrações térmicas da rede. A dispersão de elétrons em átomos de impurezas e em íons vibrantes leva ao aparecimento de resistência elétrica nos metais.

A experiência mostra que, numa primeira aproximação, a resistência dos condutores metálicos aumenta linearmente com a temperatura de acordo com a lei:

R = Ro (1+α t), ou R = Ro α T;

Ρ = ρ o (1+α t), ou ρ = ρ o α T

Aqui t é a temperatura na escala Celsius, T é a temperatura absoluta, R 0 (ρ o) é a resistência (resistência específica) na temperatura zero Celsius, α é o coeficiente de resistência de temperatura.

Para metais puros, coeficiente de resistência de temperatura

α=0,004 K -1 . A Figura 1a mostra um gráfico aproximado da dependência da resistência dos metais com a temperatura absoluta.

T

Figura 1a Figura 1b

Ao contrário dos metais, nos quais a dependência da condutividade elétrica com a temperatura é determinada pela mobilidade dos elétrons, como resultado da qual a resistência aumenta com o aumento da temperatura, o papel principal na condutividade dos semicondutores é desempenhado pela geração térmica de elétrons livres e buracos . Além disso, as concentrações de elétrons Ne e buracos Ng são as mesmas para semicondutores intrínsecos (puros) e aumentam rapidamente com o aumento da temperatura (ver distribuição de Boltzmann):

onde E é o band gap, k é a constante de Boltzmann. Portanto, com o aumento da temperatura, a condutividade elétrica os semicondutores aumentam rapidamente e a resistência diminui correspondentemente rapidamente de acordo com as fórmulas:

e r = r o
(3)

Se apresentarmos a dependência ln no gráfico 1b de , então uma linha reta é obtida para semicondutores intrínsecos. No caso de semicondutores impureza, a concentração de portadores de corrente atinge rapidamente a saturação. Com o aumento da temperatura, a condutividade intrínseca dos semicondutores começa a afetar-se em grande medida; em altas temperaturas, a condutividade consistirá em condutividade intrínseca e de impureza. Em baixas temperaturas, predomina a condutividade das impurezas; em altas temperaturas, predomina a condutividade intrínseca.

Condutividade de impurezas de semicondutores

Cristais ideais que não contêm impurezas são muito raros. As impurezas nos cristais semicondutores podem aumentar o número de elétrons ou lacunas. Verificou-se que a introdução de um átomo de antimônio em um centímetro cúbico de germânio ou silício leva ao aparecimento de um elétron, e um átomo de boro - ao aparecimento de um buraco.

O aparecimento de condutividade eletrônica ou de furo quando várias impurezas são introduzidas em um cristal ideal ocorre da seguinte forma. Suponhamos que num cristal de silício um dos átomos seja substituído por um átomo de antimônio. O antimônio possui cinco elétrons em sua camada eletrônica externa (grupo V da tabela periódica). Quatro elétrons formam ligações eletrônicas emparelhadas com os quatro átomos de silício vizinhos mais próximos. O quinto elétron restante se moverá em torno do átomo de antimônio em uma órbita semelhante à órbita de um elétron em um átomo de hidrogênio, mas a força de sua atração elétrica pelo núcleo diminuirá de acordo com a constante dielétrica do silício. Portanto, para liberar o quinto elétron, é necessária uma energia desprezível, igual a aproximadamente 0,05 eV. Um elétron fracamente ligado pode ser facilmente arrancado de um átomo de antimônio sob a influência das vibrações térmicas da rede em baixas temperaturas. Uma energia de ionização tão baixa de um átomo de impureza significa que a temperaturas em torno de -100°C, todos os átomos de impureza no germânio e no silício já estão ionizados, e os elétrons liberados participam do processo de condutividade elétrica. Neste caso, os principais portadores de carga serão os elétrons, ou seja, aqui temos condutividade eletrônica ou condutividade do tipo n (n é a primeira letra da palavra negativa).Depois que o quinto elétron “extra” é removido, o átomo de antimônio se torna um íon carregado positivamente, tendo quatro elétrons de valência, como todos os átomos de silício. , ou seja, .e. O íon antimônio se torna um substituto do silício na rede cristalina.

As impurezas que causam o aparecimento de condutividade eletrônica nos cristais são chamadas de doadores. Para o silício e o germânio, são os elementos do grupo V da tabela periódica - antimônio, fósforo, arsênico e bismuto.

O átomo de impureza trivalente de boro na rede de silício se comporta de maneira diferente. A camada externa de um átomo de boro possui apenas três elétrons de valência. Isso significa que falta um elétron para preencher quatro ligações de valência com quatro vizinhos mais próximos. Uma ligação vazia pode ser preenchida com um elétron transferido de alguma outra ligação, esta ligação será preenchida com elétrons da próxima ligação, etc. Um buraco positivo (ligação não preenchida) pode mover-se através do cristal de um átomo para outro (à medida que o elétron se move na direção oposta). Quando um elétron preenche a ligação de valência ausente, o átomo de boro impuro se torna um íon carregado negativamente, substituindo o átomo de silício na rede cristalina. O buraco estará fracamente ligado ao átomo de boro por forças de atração eletrostática e se moverá em torno dele em uma órbita semelhante à órbita de um elétron em um átomo de hidrogênio. Energia de ionização, ou seja, a energia necessária para separar um buraco de um íon de boro negativo será de aproximadamente 0,05 eV. Portanto, à temperatura ambiente, todos os átomos de impurezas trivalentes são ionizados e os buracos participam do processo de condutividade elétrica. Se um cristal de silício contém uma mistura de átomos trivalentes (grupo III do sistema periódico), então a condutividade é realizada principalmente por buracos.Essa condutividade é chamada de buraco ou condutividade do tipo p (p é a primeira letra da palavra positiva). As impurezas que causam a condução do buraco são chamadas de aceitadores. Os aceitadores de germânio e silício incluem elementos do terceiro grupo da tabela periódica: gálio, tálio, boro, alumínio. O número de portadores de corrente gerados pela introdução de cada tipo de impureza separadamente depende da concentração da impureza e da sua energia de ionização num determinado semicondutor. No entanto, a maioria das impurezas utilizadas na prática são completamente ionizadas à temperatura ambiente, de modo que a concentração de transportadores criados pelas impurezas sob estas condições é determinada apenas pela concentração da impureza e, em muitos casos, é igual ao número de átomos de impureza introduzidos no semicondutor.

Cada átomo de impureza doador contribui com um elétron de condução, portanto, quanto mais átomos doadores em cada centímetro cúbico de um semicondutor, mais sua concentração excede a concentração de buraco, e a condutividade é de natureza eletrônica. A situação oposta ocorre quando são introduzidas impurezas aceitadoras.

Com concentrações iguais de impurezas doadoras e aceitadoras no cristal, a condutividade será garantida, como em um semicondutor intrínseco, por elétrons e lacunas devido à quebra das ligações de valência. Esse semicondutor é denominado compensado.

A quantidade de eletricidade transportada por buracos ou elétrons é determinada não apenas pela concentração de portadores, mas também pela mobilidade dos elétrons e buracos.

CONEXÕES DE SEMICONDUTORES

Juntamente com os semicondutores elementares, os compostos semicondutores obtidos por liga ou processamento químico de elementos puros são amplamente utilizados na tecnologia de semicondutores. São eles o óxido cuproso, a partir do qual são feitos retificadores semicondutores de vários tipos, o antimônio de zinco (SbZn), usado na fabricação de termopilhas semicondutoras, o telureto de chumbo (PbTe), que é usado na fabricação de dispositivos fotovoltaicos e no ramo negativo de termoelementos e muitos outros.

Os compostos do tipo AIIIBV são de particular interesse. Eles são obtidos pela síntese de elementos dos grupos III e V da tabela periódica de elementos de Mendeleev. Dos compostos deste tipo, as propriedades semicondutoras mais interessantes são as de AIP, AlAs, AlSb, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb. Em várias propriedades, esses compostos estão próximos dos elementos semicondutores do grupo IV, germânio e silício. A mobilidade das operadoras atuais neles atinge valores elevados; O intervalo de bandas de alguns desses compostos também é grande; as impurezas neles introduzidas alteram o mecanismo de condutividade elétrica; Assim, alguns átomos do grupo II comportam-se como aceitadores e vários átomos do grupo VI comportam-se como doadores.

Partículas condutoras (moléculas, átomos, íons) que não participam da formação da corrente estão em movimento térmico, e as partículas que formam a corrente estão simultaneamente em movimento térmico e direcional sob a influência de um campo elétrico. Devido a isso, ocorrem inúmeras colisões entre partículas que formam a corrente e partículas que não participam de sua formação, nas quais as primeiras cedem parte da energia que transportam da fonte de corrente para as segundas. Quanto mais colisões, menor será a velocidade do movimento ordenado das partículas que formam a corrente. Como pode ser visto na fórmula I = enνS, uma diminuição na velocidade leva a uma diminuição na corrente. Uma grandeza escalar que caracteriza a propriedade de um condutor de reduzir a corrente é chamada resistência do condutor. Da fórmula da lei de Ohm, resistência Ohm - a resistência do condutor no qual uma corrente de intensidade é obtida 1 uma com uma tensão nas extremidades do condutor de 1 V.

A resistência de um condutor depende de seu comprimento l, seção transversal S e do material, que é caracterizado pela resistividade Quanto mais longo o condutor, mais colisões por unidade de tempo das partículas que formam a corrente com partículas que não participam de sua formação e, portanto, maior será a resistência do condutor. Quanto menor a seção transversal do condutor, mais denso é o fluxo de partículas que formam a corrente e mais frequentemente elas colidem com partículas que não participam de sua formação e, portanto, maior é a resistência do condutor.

Sob a influência de um campo elétrico, as partículas que formam a corrente movem-se aceleradamente entre as colisões, aumentando sua energia cinética devido à energia do campo. Ao colidir com partículas que não formam corrente, elas transferem para elas parte de sua energia cinética. Como resultado, a energia interna do condutor aumenta, o que se manifesta externamente no seu aquecimento. Consideremos se a resistência de um condutor muda quando ele é aquecido.

O circuito elétrico contém uma bobina de fio de aço (corda, Fig. 81, a). Fechado o circuito, começamos a aquecer o fio. Quanto mais aquecemos, menos corrente o amperímetro mostra. Sua diminuição ocorre porque quando os metais são aquecidos sua resistência aumenta. Assim, a resistência de um fio de cabelo de uma lâmpada elétrica quando esta não está acesa é aproximadamente 20 ohms, e quando queima (2900°C) - 260 ohms. Quando um metal é aquecido, o movimento térmico dos elétrons e a taxa de vibração dos íons na rede cristalina aumentam, como resultado do aumento do número de colisões de elétrons que formam uma corrente com os íons. Isso causa um aumento na resistência do condutor*. Nos metais, os elétrons não livres estão fortemente ligados aos íons; portanto, quando os metais são aquecidos, o número de elétrons livres praticamente não muda.

* (Com base na teoria eletrônica, é impossível derivar uma lei exata para a dependência da resistência com a temperatura. Tal lei é estabelecida pela teoria quântica, na qual um elétron é considerado como uma partícula com propriedades de onda, e o movimento de um elétron de condução através de um metal é considerado como um processo de propagação de ondas eletrônicas, cujo comprimento é determinado por a relação de Broglie.)

Experimentos mostram que quando a temperatura de condutores feitos de diferentes substâncias muda no mesmo número de graus, sua resistência muda de forma desigual. Por exemplo, se um condutor de cobre tivesse uma resistência 1 ohm, depois de aquecer até 1°C ele terá resistência 1,004 ohms e tungstênio - 1,005 ohms. Para caracterizar a dependência da resistência de um condutor em sua temperatura, foi introduzida uma quantidade chamada coeficiente de resistência de temperatura. Uma grandeza escalar medida pela mudança na resistência de um condutor em 1 ohm, tomada a 0° C, a partir de uma mudança em sua temperatura em 1° C, é chamada de coeficiente de resistência de temperatura α. Então, para o tungstênio esse coeficiente é igual a 0,005 graus -1, para cobre - 0,004 graus -1. O coeficiente de resistência da temperatura depende da temperatura. Para metais, muda pouco com a temperatura. Para uma pequena faixa de temperatura, é considerada constante para um determinado material.

Vamos derivar uma fórmula que calcula a resistência de um condutor levando em consideração sua temperatura. Vamos supor que R0- resistência do condutor em 0°С, quando aquecido a 1°C aumentará em αR 0, e quando aquecido a temperatura- sobre αRt° e se torna R = R 0 + αR 0 t°, ou

A dependência da resistência dos metais com a temperatura é levada em consideração, por exemplo, na fabricação de espirais para aquecedores elétricos e lâmpadas: o comprimento do fio espiral e a corrente admissível são calculados a partir de sua resistência no estado aquecido. A dependência da resistência dos metais com a temperatura é usada em termômetros de resistência, que são usados ​​​​para medir a temperatura de motores térmicos, turbinas a gás, metais em altos-fornos, etc. Este termômetro consiste em uma espiral fina de platina (níquel, ferro) enrolada em moldura de porcelana e colocado em estojo protetor. Suas extremidades são conectadas a um circuito elétrico com um amperímetro cuja escala é graduada em graus de temperatura. Quando a bobina aquece, a corrente no circuito diminui, o que faz com que a agulha do amperímetro se mova, o que mostra a temperatura.

O recíproco da resistência de uma determinada seção ou circuito é chamado condutividade elétrica do condutor(condutividade elétrica). Condutividade elétrica de um condutor Quanto maior a condutividade de um condutor, menor será sua resistência e melhor ele conduz a corrente. Nome da unidade de condutividade elétrica Resistência de condutividade do condutor 1 ohm chamado Siemens.

À medida que a temperatura diminui, a resistência dos metais diminui. Mas existem metais e ligas cuja resistência, a uma baixa temperatura específica para cada metal e liga, diminui drasticamente e torna-se cada vez menor - quase igual a zero (Fig. 81, b). Chegando supercondutividade- o condutor praticamente não tem resistência, e uma vez que a corrente nele excitada existe por muito tempo, enquanto o condutor está na temperatura supercondutora (em um dos experimentos, a corrente foi observada por mais de um ano). Ao passar uma densidade de corrente através de um supercondutor 1200 a/mm 2 nenhuma liberação de calor foi observada. Os metais monovalentes, que são os melhores condutores de corrente, não se transformam em estado supercondutor até as temperaturas extremamente baixas em que os experimentos foram realizados. Por exemplo, nestas experiências o cobre foi arrefecido até 0,0156°K, ouro - até 0,0204° K. Se fosse possível obter ligas com supercondutividade em temperaturas normais, isso seria de grande importância para a engenharia elétrica.

De acordo com os conceitos modernos, a principal razão da supercondutividade é a formação de pares de elétrons ligados. Na temperatura da supercondutividade, as forças de troca começam a atuar entre os elétrons livres, fazendo com que os elétrons formem pares de elétrons ligados. Esse gás de elétrons de pares de elétrons ligados tem propriedades diferentes do gás de elétrons comum - ele se move em um supercondutor sem atrito contra os nós da rede cristalina.