 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
|
فيزيك پيش دانشگاهي |
آشنايي با فيزيک حالت جامد و ساختار هسته |
کانون دانش |
|
آشنايي با فيزيک حالت جامد و ساختار هسته
مواد رسانا و نارسانامواد رسانا موادي هستند که در آن ها الکترون هاي آزاد وجود دارد. اين الکترون ها به راحتي از اتم خود جدا مي شوند و درون جسم حرکت مي کنند. مواد رسانا مي توانند گرما و الکتريسته را انتقال دهند. مقاومت ويژه ي رساناها با افزايش دما، افزايش مي يابد مانند مس و طلا در مواد نارسانا الکترون ها در قيد هسته هستند و نمي توانند از اتم خود شوند. پس انتقال الکتريسته و گرما از طريق اين مواد ممکن نيست مانند تفلون و پلاستيک. بعضي مواد نيمرسانا هستند. مقاومت ويژه ي نيمرساناها با افزايش دما، کاهش مي يابد مانند ژرمانيوم و سليسيوم نظريه ي نواريبراي جسم جامد که مجموعه اي از اتم هاي نزديک به هم مي باشد، ترازهاي انرژي الکترون ها براساس نظريه ي نواري تعريف مي شود. ويژگي هاي اين نظريه عبارت اند از: الف : ترازهاي انرژي الکترون ها در جسم جامد (مانند مدارهاي اتمي) مقدارهاي انرژي ويژه ي خود را دارند. ب : ترازهاي انرژي الکترون ها در جسم جامد نيز همانند ترازهاي اتمي گسسته اند پ : هر تراز انرژي تنها توسط يک الکترون مي تواند اشغال شود. ت : از همه مهم تر اين که ترازهاي انرژي الکترون در جسم جامد تشکيل نوارهايي را مي دهند. هر نوار شامل تعداد بسيار زيادي ترازهاي گسسته است که از نظر مقدار انرژي بسيار نزديک به هم هستند. ولي بين نوارهاي مختلف در برخي از موارد ممکن است از نظر انرژي فاصله ي زيادي باشد.
در فاصله ي بين نوارهاي انرژي هيچ تراز انرژي وجود ندارد. اين فاصله را ناحيه ي ممنوع يا گاف انرژي مي نامند.
ترازهاي انرژي از پايين به بالا توسط الکترون ها اشغال مي شوند تا جائيکه ديگر تراز خالي در نوار اول موجود نباشد حال اگر تعداد الکترون ها در جسم جامد بيش از تعداد ترازها در نوار اول باشد، ترازهاي انرژي نوار بعدي نيز به ترتيب از پايين به بالا اشغال مي شوند. آخرين نوار ممکن است پر شود يا بخشي از آن پر شود يا خالي باشد.
الکترون هاي نوارهاي پر در رسانش الکتريکي سهمي ندارند. تنها آن دسته از الکترون ها در رسانش الکتريکي نقش دارند که در نوارهاي بخشي پر هستند.
الکترون با جذب انرژي از يک تراز به تراز خالي بالاتر گذار مي کند. گذار الکترون از يک تراز به تراز ديگر در همان نوار به انرژي کمي نياز دارد. اما گذار از يک نوار به نوار ديگر انرژي بسيار زيادي لازم دارد. در اين جا ذکر دو نکته ي مهم ضروري است. 1- وقتي مي گوييم يک الکترون از يک تراز به تراز بالاتر مي رود، منظورمان اين است که الکترون انرژي خود را به مقدار معيني افزايش داده است، نه اين که الکترون از جايي درون جسم جامد به جاي ديگررفته است. 2- انرژي مورد نياز الکترون براي انجام گذار بين ترازهاي مختلف در يک جسم جامد از دو منبع مي تواند تأمين شود. يکي ميدان الکتريکي که جسم جامد در آن قرار گرفته و ديگري برانگيختگي گرمايي.
|
|
|
