Zona teorio de solidaj. Meza mekaniko por manlibroj

Ĉi tiu artikolo priskribas, kio estas la teorio de la grupo de solidoj. Montris, kio estas la kialo ĝi estas reprezento de la strukturo de la materio. La diferencoj inter metaloj de dieléctikaj kaj duonsekundantoj estas prezentitaj.

Socket kaj butonon

Kiom da fojoj tage ni alklakas varion de butonoj? Neniu eĉ en menso ne povas konsideri ĉi tion - tiel konata estas ĉi tiu ago. Kaj la persono ne pensas, ke ĉio ĉi eblas nur pro kiom facile elektra fluo fluas en metaloj. Enŝaltu la lumon, kuŝu la kaldronon, kuru la lavilon, ne mencii la agojn sur inteligentaj telefonoj, signifas fermi la cirkviton kaj permesi la elektronojn en la ŝoforoj funkcii anstataŭ homoj. Estas multaj eksplikoj por tia fenomeno kiel konduktiveco. Eble la plej videbla estas la teorio de la grupo de solidoj.

Atomo kaj teksoj

Ĉiu, kiu estis en la mezlernejo, ĝi havas ideon de la strukturo de la atomo. Ni memoru, ke ĉirkaŭ la pozitiva ŝarĝita peza kerno (konsistanta el protonoj kaj neŭtronoj) malpezaj malgrandaj elektronoj turniĝas. Nombro de negativaj partikloj ĝuste egalas la nombro de pozitiva. Por ne tedi la legantojn, ni klarigos al la stilo "kvantuma mekaniko por manikoj". Ĉiu elektrono havas strikte limigitan orbiton, per kiu ĝi povas turni ĉirkaŭ la kerno en donita kemia elemento. Siavice, ĉiu tipo de atomoj havas unikan ŝablonon de tiaj orbitoj. Jen kiel scienc-spektroskopistoj distingas beronon de seleno kaj arsano de natrio. Tamen, krom puraj substancoj, ekzistas sennombraj kvantoj de diversaj kombinaĵoj en la naturo. Mekanika kvanto (por la manlibroj, kiel la leganto devas memori) asertas, ke en kompleksaj komponaĵoj orbitoj intersektos, kunfandas, transformas, streĉas, kreante ligilojn. Ilia kvalito dependas de la tipo: kovalenta kaj iónica pli forta, hidrogeno, ekzemple, pli malforta.

Crystal strukturo

En solida korpo, aĵoj estas pli komplikaj. Por modelo kiu uzas la teorion de la bando de solidoj, kutime prenas ideala kristalo. Ĉi tio signifas, ke ĝi estas senfina kaj senfina - ĉiu atomo en la spaco asignita al ĝi, la tuta ŝarĝo estas nulo. La kernoj fluas ĉirkaŭ aparta ekvilibra pozicio, sed la elektronoj, unu povus diri, estas komunaj. Depende de kiel "nur" unu atomo donas ĝiajn negativajn erojn al apudaj, strukturita rigide difinita strukturo de dieléctraj aŭ elektronika nubo de metaloj. Ĝi valoras aldoni, ke konsiderante la supozon, ke ĉiuj elektronoj okupas la minimuman energion asignitan al ili, ĝi signifas, ke la korpo estas nulo Kelvin. Je pli altaj temperaturoj, la amplitudo de oscilado kiel la kernoj kaj la elektronoj forte kaj, de ĉi tie, ĉi-lasta kapablas okupi altan energion niveloj. La distribuo de negativaj eroj fariĝas pli "friabla". En iuj problemoj ĉi tio estas grava, sed por priskribi ĉi tiun fenomenon kiel tia, la temperaturo ne estas tiel grava.

Komenco de Pauli kaj la ŝarĝisto

La koncepto de la teorio de la bando de solida korpo povas trovi nur memorante bone, kio estas la principo Pauli. Se ni imagas, ke la elektronoj estas sakoj de sukero, tiam, se estas multaj el tiuj sakoj, la kondiĉa ŝarĝisto imposos ilin unu al la alia. Ĉiu "sako" prenas sian lokon en la spaco. Por elektronoj, tio signifas, ke en ĉi tiu aparta stato povas esti nur unu en unu sistemo. Ĉi tiu estas la principo Pauli. Rimarku, ke ni signifas idealajn kondiĉojn, tio estas, la temperaturo estas nulo Kelvin, kaj la kristalo estas senfina. La tuta sistemo estas en la samaj kondiĉoj de temperaturo, mekanikaj streso, difektojn estas samaj en ĉiuj partoj de tuto.

Elektronikaj kristaloj

En kristalo, ekzistas multaj atomoj de la sama tipo. Unu mole de substanco enhavas dek en la dudek-tria potenco de la elementoj. Kaj kiom da pomoj en kilogramo, ĉu salo? Do vi eĉ povas diri, ke eĉ la plej malgranda kristalo enhavas nedimparebla nombro da atomoj. Ĉiu kemia elemento havas sian propran ŝablonon de elektronikaj orbitoj, sed kio estas se pluraj en unu korpo? Post ĉio, laŭ la principo de Pauli, ĉiuj devas okupi malsamajn statojn. La teorio de la grupo de solidoj ofertas la jenan solvon: elektronkutoj akiri malsamajn energiojn. Tamen, la diferenco inter ili estas tiel malgranda, ke ili estas kunpremitaj, superpremantaj unu la alian tre strikte kaj formas kontinuan zonon. Tiel, ĉiu nivelo de elektrono en unu atomo transformiĝas en zonon en pinta kristalo. Elementoj de la teorio de la grupaj solidoj helpos klarigi la diferencon inter dieléctikaj kaj ŝoforoj.

Elektrono ene de la zono

Ni jam diskutis, kio okazas al la aro de elektronoj, kiuj okupas la saman orbiton en atomo kiam kristalo estas formita. Sed ilia konduto ene de la zono ĝis nun restis senlumigita de ni. Dirinte tion gravas ĉar ĝi determinas la diferencon inter metaloj kaj ne-metaloj. Kiel jam menciis pli supre, la teorio de la teorio de la bando indikas, ke ene de la zono la energiaj niveloj de malsamaj orbitoj de individuaj atomoj diferencas tiel malmulte, ke ili konstituas preskaŭ kontinuan spektron. Do ne malfacile venkas la ebla baro inter ili por elektrono - ĝi movas libere super ili, eĉ termika energio sufiĉas por tio. Tamen, ĉiu permesita zono havas limojn. Ĉiam estas energia nivelo pli alta aŭ pli malalta ol ĉiuj aliaj.

Valent, malpermesita, konduktiveco

Inter ĉi tiuj zonoj estas energia regiono, en kiu ne ekzistas unu nivelo, sur kiu elektrono povus esti lokita. Sur la leteroj, ĝi aspektas kiel blanka breĉo. Kaj ĝi estas nomata malpermesata zono. La elektrono povas superi ĉi tiun baron nur per jerk. Do li devas akiri la taŭgan energion por ĉi tio. La zono kun la plej alta energio, en kiu por la donita speco de atomoj la ekzisto de elektronoj estas permesita, estas valenciata, kaj la sekva malantaŭ ĝi estas la konduktiveco.

Metalo, dieléctrico

La teorio de la bando de la konduktiveco de solidoj asertas, ke la ĉeesto aŭ foresto de elektronoj en la alkonduka bando indikas, kiom facile fluas en donita substanco. Tiel, metaloj kaj dieléctricos estas malsamaj. En la unua kazo, la alkonduka bando jam enhavas elektronojn, ĉar ĝi translokiĝas kun la valencia bando. Ĉi tio signifas, ke negativaj eroj povas moviĝi libere sub la influo de elektromagneta kampo, sen aldona elspezo de energio. Sekve, la elektra fluo en metaloj ŝprucas tiel facile, fakte - tuj, tuj kiam la kampo aperas. Kaj por la sama kialo, la dratoj estas faritaj el ŝtalo, kupro, aluminio.

Materialoj en kiuj la alkonduko-bando kaj la valencia grupo apartigas de la alia energie estas nomitaj dieléctraj. Iliaj elektronoj estas ŝlositaj en la malsupra permesita nivelo. La malpermesita zono apartigas la negativajn erojn de la nivelo, ĉe kiu ili povus moviĝi libere. Kaj la energio, kiu devas esti komunikita al la elektronoj por venki ĝin, detruos la materialon. Aŭ ĝi ŝanĝos siajn posedaĵojn preter rekono. Sekve, la plasta drato kunfandas kaj brulas, sed ne faras elektron.

Semikonductores

Sed ekzistas intera klaso de materialoj, kiuj havas malpermesitan zonon, sed en iuj kondiĉoj povas fari elektran fluon. Ili estas nomataj duonkondukiloj. Kiel dieléctricos, ili havas energian mankon inter la alkonduko kaj valenciaj bandoj. Tamen, ĝi estas pli malgranda kaj ni venkos iujn el la penoj. La klasika duonkonduktilo estas silicio (en latina - silicium). La fama Silicon Valley estas fama pro teknologioj bazita sur la uzo de kristaloj de tiu substanco estas krei elektronikaj aparatoj.