5. Классификация твердых тел по электрофизическим свойствам.

Классическая электронная теория проводимости

Электрический ток – направленное движение заряженных частиц (электронов). Все твердые тела по величине удельной проводимости разделяются на 3 класса:

 - высокопроводящие (металлы)

диэлектрики (изоляторы)

 - полупроводники

Металлы не всегда можно разделить на металлы и полупроводники  п/п зависит от примеси.  При изучении зависимости  удалось разграничить металлы и полупроводники.

- метал

- полупроводник

Но для полупроводников существуют такие интервалы температур, в которых  падает с ростом Т. Для полупроводников электропроводность зависит от многих факторов: излучения, давления, Т… Т.о. разграничили металлы и полупроводники.

Классическая электронная теория проводимости (1900г)

В ней поведение частиц описывается на основе законов классической механики. Согласно теории электроны свободны (обобществлены), кристаллическая решетка состоит из ионов. Один электрон, двигаясь, исп упр соударения с атомами и другими электронами. Считалось, что электронный газ не имеет объема   электроны не взаимодействуют друг с другом.

Считалось, что электроны исполняют хаотические тепловое движение. При внешнем поле Е=0 средняя скорость электронов в выделенном направлении равна 0, т.е. электронный ток не протекает.Тепловая скорость движения электронов ~  см/с. Если к металлу  в котором есть свободные Электроны приложить внешнее эл поле не равное 0, то в противоположном направлении появится преимущественно составляющая движения электронов.

Вводится понятие дрейфовой скорости

,  - коофициент пропорциональности, подвижности электронов, дрейфовая подвижность. Физический смысл подвижности:

- средняя  в единичном эл поле

 характеризирует поведение электронов в данном твердом теле, кот зависит от структуры твердого тела. Посчитаем 

 

S-выделенная площадка в ТТ. Плотность эл. тока  , Q - заряд прошедший через S.

Если концентрация свободных электронов молекуле = n, то 

Закон Ома в дифференциальном виде 

Предполагалось, что на электрон во внешнем E действует сила 

- масса электрона в твердом теле (эффектная масса электрона).

Масса свободного электрона  .

 вводится для того, чтобы не учитывать взаимодействия электрона.

   

Вводят понятие длины и времени свободного пробега  .

- средне арифметическое   (здесь считали, что для всех  явл. постоянным. Реально  распределение по  ). Подробное вычисление даёт      

при рассмотрении с позиций квант. механики были получены более подробные описания .

6. Электропроводность твердых тел

Электропроводность твердых тел обусловливается движением как ионов самого диэлектрика, так и ионов случайных примесей, а у некоторых материалов может быть вызвана наличием свободных электронов. Электронная электропроводность наиболее заметна при сильных электрических полях. Вид электропроводности устанавливают экспериментально, используя закон Фарадея. Ионная электропроводность сопровождается переносом вещества. При электронной электропроводности это явление не наблюдается.

В процессе прохождения электрического тока через твердый диэлектрик содержащиеся в нем ионы примеси могут частично удаляться, выделяясь на электродах, как это имеет место и в жидкостях.

В твердых диэлектриках ионного строения электропроводность обусловлена главным образом перемещением ионов, освобождаемых под влиянием флуктуаций теплового движения. При низких температурах передвигаются слабозакрепленные ионы, в частности, ионы примесей. При высоких температурах освобождаются и некоторые ионы из узлов кристаллической решетки.

В диэлектриках с атомной или молекулярной решеткой электропроводность связана только с наличием примесей, удельная проводимость их весьма мала.

7. Электропроводность металлов

Электропроводность металлов сильно зависит от степени очистки металла и понижается по мере появления новых примесей, что связано с нарушением упорядоченности в кристаллической решетке и возникновением новых препятствий направленному движению электронов. Металлы по своим электрическим свойствам относятся к проводникам

Электропроводность металлов обусловлена наличием в их кристаллических решетках свободных электронов. Последние при наложении электрического поля даже небольшого напряжения получают направленное движение, которое с повышением температуры ослабевает, так как усиливаются колебательные движения ионов в узлах решетки, что препятствует направленному движению электронов.

Электропроводность металлов обратно пропорциональна температуре S~1/T Это значит, что с возрастанием температуры электропроводность уменьшается, а с уменьшением температуры - возрастает.