1. Электронная теория проводимости. Осн. Понятия и соотношения.

Электр. ток возник-й в тв. теле под действием эл поля представляет собой направл поток частиц носителей заряда. Каждый ат Ме отдает из валентной оболочки е и они растек-ся по Ме. Ат Ме соедин в 3-х мерную кристалл решетку. Как только к проводнику приклад разность потенц, свободные е приход в упроряд движ. Сначала они движ равноускор, но сталкиваясь с ат решетки-замедл-ся. Атомы начитают от этого калебаться и наблюд разогрев проводника. Скорость е устанавлив на усредненной отметке - скорость миграции. Хаотичное дв-ие заряда в тв. теле аналогично дв-ию молекул газа. Различия заключ. в том, что длина свободного пробега молекул газа опред-ся их взаимными столкновениями, а в тв теле е рассеиваются на тепловых колебаниях решетки, примесных атомах и дефектах. При приложении внешн. эл. поля е приобретает некую направленную скорость против поля – скорость дрейфа. Скорость дрейфа на несколько порядков ниже скорости хаотичного теплового дв-ия. Эл. поле действует на е силой F_e=e·E, e-заряд е, E- напряженность поля. Ускорение приобр е на длине свободного пробега a=F_e/m_e=e·E/m_e. Ср. скорость дрейфа на длине свободного пробега V_др.ср.=1/2(e·E/m_e)·τ, τ- время свободного пробега. Обозначим e·τ/(2m_e)=µ-подвижность ионов – отношение средней установившейся скорости перемещения е к направлении эл. поля: µ=V_ср/E. Каждый электрон двигающийся в эл. поле создает эл. ток e·V_ср. Плотность тока в кристалле с концентрацией е- n равна: i=eV_срn=enµE. Электропроводность тела связана с плотностью тока законом Ома в след. форме: i=σE, σ-удельная эл. проводимость: σ=enµ. Решетка состоит из одинаковых частиц и энергия е не зависит от того, с каким атомом он связан, что позволяет ему свободно перемещаться по кристаллу. При этом изменяется энергия связи е с атомами, что приводит к изменению кинетической энергии электронов. Можно учесть влияние внутренних полей на движение е в кристалле приписав ему некоторую массу – эффективная масса – масса такого е, котор. под действием внешней силы приобрел такое же ускорение, как и е в кристалле под действием такой же силы. Она зависит от Т, С, направления движения электронов, Р.

2.Электронная теория проводимости. Классификация веществ по проводимости.

Одной из важных электрофиз. хар-к вещ-в является удельная проводимость – вел-на прямопропорц. плотности эл. тока (направление движения эл. зарядов) и обратно пропорцион-ная напряженности эл. поля. В зависимости от величины удельной проводимости вещества подразделяются на проводники, полупроводники и изоляторы. Лучшие проводники – Ме, имеют уд. проводимость в 10²⁴ раз больше чем у изолятора. В отсутствии внешнего поля в проводнике отрицательные свободные заряды компенсируются положительными зарядами ионной решётки. В пров-ке, внесенном в эл. поле происх. перераспр-е своб. зарядов и на поверхности возникают нескомпенсированные, а внутренняя область проводника остаётся электрически нейтральной (поле=0). В изоляторах нет свободных эл. зарядов, они состоят из нейтральных атомов и молекул. Заряженные частицы в нейтральных атомах связаны друг с другом и не перемещаются под действием эл. поля по всему объёму диэлектрика, происходит перераспределение эл. зарядов и появление или перераспределение эл. дипольного момента (поляризация). Эл. поле диэлектрика по модулю меньше внешнего эл. поля. В полупроводниках при абсолютном нуле валентная зона заполненная -ми, а зона проводимости свободна. Если приложить эл поле, электропроводность будет отсутствовать. С повышением t-ры -ны начнут переходить из валентной зоны в зону проводимости. Для перехода -нам понадобиться дополн энергия = ширине запрещ зоны, которую -ны приобретают от тепловых колебаний решетки. Вероятность того, что под действием t-ры -н получит необходимую энергию пропорц-но . Эта вероятность увел-ся с ростом t-ры.

3 Виды электрической проводимости и их характеристики. Удельная проводимость – величина прямопропорц плотности эл. тока, протекающего с некоторой скоростью и обратнопропорц напряженности эл поля. Электропров-ть тв. тела связана с плотн тока з-ном Ома в диф-ной форме: где σ – удельная электр провод (. На длине своб. пробега е двигается свободно и на него не действуют никакие силы, кроме внешнего поля. В действительности в кристалле сущ-ет сильное внутр. эл поле, созданное частицами, образующими кристаллич решетку, и значительно превышающее по вел-не приложенное эл поле. Решетка состоит из одинаковых частиц и энергия е не зависит от того, с каким атомом он связан, что позволяет ему свободно перемещаться по кристаллу. При этом изменится и энергия связи е с атомом, что приводит к изменению постоянной кинетической энергии е. Концентрация е в Ме не зависит от Т, следовательно, электропр-ть Ме тоже обратно пропорц Т: . Для ряда Ме и сплавов при некоторой критической Т наблюдается полное исчезновение эл сопротивления – это явление называют сверхпроводимостью. Оно возникает в тех случаях, когда е в Ме притяг др к др. Притягиваться могут те е, кот принимают уч в электропр-ти. Явление притяжения объясняется так: е, двигающиеся в решётке притягивают «+» ионы кристаллической решётки, сближая их. В результате вдоль пути движения е образуется избыточный «+» заряд, кот притягивается другими е. Т.О. возникающие силы притяжения между е обусловлены поляризацией решётки. В п/п при абсолютном 0 валентная зона заполнена е, а зоны проводимости свободны. Если приложить эл поле, то электропровод будет отсутствовать. С увеличением Т е начнут переходить из валентной зоны в зону проводимости. Если ширина запрещённой зоны кристалла порядка нескольких эВ, то тепловое движение не может перебросить е из валентной зоны в зону проводимости и кристалл является диэлектриком. Если запрещённая зона достаточно узка (около 1 эВ), то переброс е из валентной зоны в зону проводимости м б осущ либо путём теплового возбуждения, либо за счёт внешнего источника, и кристалл является полупроводником. Существует два вида электрической проводимости: - металлическая – проводников 1-го рода (медного или алюминиевого провода);- электролитическая – проводников 2-го рода (водных растворов кислот, солей и оснований). В первом случае электричество представляет собой направленный поток е. Е передвигаются от отриц полюса к полож. Проводимость проводников 1-го рода не измен в процессе пропускания ч/з них эл тока. Во втором случае эл-ие заряды переносятся ч/з раствор электролита с помощью находящихся в растворе ионов, несущих положи отрицзаряды. При действии постоянного эл тока движение ионов становиться упорядоченным. Катионы движутся в направлении к катоду, анионы – к аноду. Перенос ионов под действием эл тока вызывает изменение хим свойств проводников и сопровождается образованием новых веществ, т.е происходит электролиз. При электролизе на катоде наблюдается выделение Н₂ или различных металлов, а на катоде О₂ или других неметаллов.

4.Осн. методы измерения удельного сопротивления. Условия применимости метода Ван-дер-Пау.метод прим-ся для измерения уд. сопр-ия плоских образцов произвольной формы. Сущность метода: на периферии плоского образца создают 4 точечных контакта. Сначала ч/з пару контактов А и В пропускают ток и измеряют разность потенциалов между парой С и D, затем пропускают ток через контакты В и С и измеряют разность потенциалов между D и А.(наобор). По результатам измерений рассчитывают два значения сопротивления: R_ABCD= U_CD / I_AB ; R_BCDA= U_DA / I_BC, , Т о, если соотношение R_ABCD= R_BCDA=R ,то ρ=1,443ПdR ρ – удельное сопротивление образца. М-д Ван-дер-Пау - один из наиболее точных, но погрешность возрастает в том случае, если контакты частично попадают на поверхность пластины. Для уменьшения погрешности можно использовать образцы спец. геометр формы. Например, в виде клеверного листа (1) или греческого креста (2). (или использ обр формы квадрата, мед крест, квадр с отростками)