Електричні провідники
Як ми пам’ятаємо фізичні тіла складаються атомів і молекул (більш складна структура з атомів), які представляють собою ядра і електрони, що обертаються навколо ядер по своїх орбітах. Атоми в твердому речовині розташовуються відносно один одного в строго певному порядку. Цей порядок обумовлений приналежністю до певного речовини. Електронів в різних речовинах ведуть себе неоднаково. У деяких речовинах всі наявні електрони добре утримуються поблизу своїх ядер атома. Тіла, що мають подібні електрони прийнято називати діелектриками і ізоляторами. В інших тілах частина електронів “майже” вільно пересуваються по всьому об’єму тіла – це електричні провідники.
Для розуміння причини такого різного поведінки електронів в ізоляторах і металах, слід врахувати, що межатомарное (точніше меду ядрами атомів) відстані в твердих тілах такі ж, як самі розміри атомів. З цієї причини кожен електрон знаходиться не тільки в електричному полі власного ядра атома, але і в електричному полі сусідніх ядер. Якщо в речовині сили сусідніх атомів малі, то електрон надійно утримується своїм атомом. Якщо електричні поля сусідніх атомів великі, то діючі сили врівноважуються, і у електрона з’являється можливість відірватися від свого атома і почати переміщатися тілу (речовини). Це вільні електрони.
У тих атомах, де є багато електронів, одні весь час обертаються близько від ядра атома, інші розташовуються від ядра далі. Електрони близькі до ядра будуть і далі продовжувати утримуватися ім. Ці внутрішні електрони своїх атомів не покидають. Здатні відірватися і блукати по провіднику лише самі зовнішні електрони, які найбільш віддалені від центру ядра атома. У подібні тіла, які мають вільні електрони – це електричні провідники. Ті ж тіла, які мають зовнішні електрони не мають можливості відірватися від своїх атомів, в силу їх сильного тяжіння до них, не мають вільних електронів. Це – електричні ізолятори (діелектрики).
Крім електричних провідників та ізоляторів (діелектриків) існує такі тіла, які мають проміжне положення між ними (за своїми властивостями). Такі тіла прийнято називати – напівпровідники. Вони за своєю будовою відносяться більше до електричних ізоляторів (діелектриків), ніж до провідників. Всі наявні в них електрони міцно пов’язані зі своїми атомами. Хоча все ж деякі з них пов’язані слабо.
В результаті теплового руху елементарних частинок тіла подібні електрони час від часу відриваються від своїх атомів і стають вже вільними. Але вони продовжують бути вільними не так вже й довго. Незабаром вони знову притягуються ядрами і знову утримуються ними. Але в цей час вже відриваються інші електрони, ну і так далі. В електричному полупроводнике завжди є певна кількість вільних електронів.
Наявність в напівпровіднику вільних електронів робить схожими їх на електричні провідники (метали). Але між електричними провідниками і напівпровідниками є велика різниця. Як би сильно не був провідник (метал) охолоджений, в ньому завжди будуть присутні вільні електрони. Притягають сили сусідніх ядер атома в металі не дають шансу зовнішнім електронам надійно утримуватися в атомах.
У напівпровідниках справа йде по-іншому. Чи не поля ядер атомів, а їх теплові коливання – основна причина появи вільних електронів в напівпровідниках. Але чим менше температура тіла, тим, отже, менше енергія частинок їх теплового руху. При дуже низьких температурах дана енергія стає недостатньою для відриву електронів. З цієї причини напівпровідники втрачають здатність провідності при їх охолодженні. Вони перетворюються в електричні ізолятори (діелектрики).
(2 votes, average: 3.50 out of 5)