Question

Можете помочь с этими вопросами 1. Почему при образовании твердого тела энергетические уровни атомов расщепляются в энергетические зоны? 2. Чем отличаются зонные структуры проводника, полупроводника и диэлектрика? 3. От чего зависят ширина разрешенной зоны и число энергетических уровней в ней? 4. Каков физический смысл уровня Ферми? 5. Какими свойствами обладает «электронный газ» в состоянии вырождения? 6. Зависит ли средняя энергия W свободных электронов в металле от числа атомов, образующих кристалл? 7. Как влияет температура на концентрацию свободных электронов в металле?

Answer 1

Ответ:

Объяснение:

1. Электронные уровни смещаются из-за действия соседних атомов друг на друга и вследствие обменного взаимодействия электронов энергетические уровни атомов расщепляются в энергетические зоны.

2. В проводниках запрещенная зона практически отсутствует, валентная зона вплотную прилегает к зоне проводимости или даже перекрывается ею. В полупроводниках ширина запрещенной зоны меньше 3 эВ. У  диэлектриков более широкая запрещенная зоны  — свыше 3 эВ.

3. Ширина разрешенных зон при перемещении вверх по энергетической шкале возрастает, а величина запрещенных энергетических зазоров соответственно уменьшается. Каждая зона состоит из множества энергетических уровней. Их количество определяется числом атомов, составляющих твердое тело, т. о. в кристалле конечных размеров расстояние между уровнями обратно пропорционально числу атомов.

4. Уровень Ферми соответствует значению энергии, ниже которой при температуре абсолютного нуля Т=0 К, все энергетические состояния системы частиц, подчиняющихся Ферми — Дирака статистике, заняты, а выше — свободны.

5.Электронный газ в металле. В отличие от электронного газа, температуры вырождения обычных молекулярных и атомных газов близки к температуре абсолютного нуля.

6.эксперимент: берем 2 одинаковых куска металла, с одинаковым числом атомов и свободных эл-в и одинаковой средней энергией. Соединяем их. Атомов стало вдвое больше, средняя энергия не изменилась.

7. При концентрации свободных электронов в твердом теле порядка пе 1028 - 1029 в 1 м3, что имеется у металлов, Wf составляет около 8 - 10 эв.. Увеличение концентрации свободных электронов повышает проводимость и соответственно снижает сопротивление полупроводника. Правда, с ростом температуры усиливается хаотическое движение атомов полупроводника, затрудняя тем самым упорядоченное движение электронов, что вызывает увеличение сопротивления полупроводника.

Answer 2

Конечно, я готов помочь с вопросами по твердотельной физике:

1. Расщепление энергетических уровней в энергетические зоны при образовании твердого тела происходит из-за взаимодействия множества атомов, близко расположенных друг к другу. Энергетические уровни атомов начинают перекрываться, образуя так называемые "молекулярные орбитали". При большом числе атомов происходит переход от дискретных энергетических уровней к непрерывным энергетическим зонам, таким как валентная зона, зона проводимости и разрешенная зона между ними.

2. Зонные структуры проводника, полупроводника и диэлектрика отличаются в зависимости от их электронных свойств. В проводнике есть перекрывающиеся зоны проводимости и валентные зоны, в полупроводнике разрешенная зона может быть маленькой, и в некоторых условиях электроны могут переходить из валентной зоны в зону проводимости, а в диэлектрике есть запрещенная зона между валентной зоной и зоной проводимости, которая предотвращает свободное движение электронов.

3. Ширина разрешенной зоны и число энергетических уровней зависят от структуры и состава материала. Более сложные кристаллические структуры или наличие различных атомов могут привести к более сложным зонным структурам. Ширина разрешенной зоны влияет на электропроводность: большая ширина может привести к изоляции, а маленькая - к хорошей проводимости.

4. Уровень Ферми - это энергетический уровень, который разделяет зону проводимости и валентную зону. При термодинамическом равновесии этот уровень будет находиться на самой высокой доступной энергии в зоне проводимости при нулевой температуре. Он играет ключевую роль в определении электронных свойств материала, таких как электропроводность и проводимость.

5. Электронный газ в состоянии вырождения обладает такими свойствами, как высокая электропроводность, низкая электрическая сопротивляемость и большая подвижность электронов. В данном состоянии множество электронов занимает наиболее низкие доступные энергетические уровни, что способствует легкому движению электронов и хорошей проводимости.

6. Средняя энергия свободных электронов в металле не зависит от числа атомов, образующих кристалл. Она зависит от температуры и концентрации электронов в зоне проводимости. Однако большее количество атомов может влиять на плотность электронных состояний в зоне проводимости и валентной зоне, что в конечном счете влияет на электрические свойства материала.

7. Температура влияет на концентрацию свободных электронов в металле. При повышении температуры электроны могут получить достаточно энергии, чтобы перейти из валентной зоны в зону проводимости, увеличивая концентрацию свободных электронов и, следовательно, улучшая электропроводность.