Глава 16. § 114. Электрическая проводимость различных веществ. Электронная проводимость металлов — с. 376
§ 114. Вопрос 1. Чем отличаются проводники от полупроводников?
Удельное сопротивление проводников (металлов) мало, 10⁻⁶–10⁻⁸ Ом·м, а у полупроводников оно промежуточное между проводниками и диэлектриками. В металле очень много свободных электронов (около 10²⁸ м⁻³) и их число не зависит от температуры, а в полупроводнике свободных носителей мало.
Сопротивление металла с ростом температуры растёт, а сопротивление полупроводника резко падает. Кроме того, проводимость полупроводников сильно зависит от примесей, освещения и других внешних воздействий, чего у металлов практически нет.
Ответ: полупроводники по удельному сопротивлению занимают промежуточное положение, их сопротивление с нагреванием уменьшается и управляется примесями.
Сопротивление металла с ростом температуры растёт, а сопротивление полупроводника резко падает. Кроме того, проводимость полупроводников сильно зависит от примесей, освещения и других внешних воздействий, чего у металлов практически нет.
Ответ: полупроводники по удельному сопротивлению занимают промежуточное положение, их сопротивление с нагреванием уменьшается и управляется примесями.
§ 114. Вопрос 2. Катушка (см. рис. 16.1) вращалась по часовой стрелке, затем была резко заторможена. Каково направление электрического тока в катушке в момент торможения?
[рисунок 16.1: катушка с намотанной проволокой на вертикальной оси, концы проволоки припаяны к двум металлическим дискам и через скользящие контакты соединены с гальванометром; круговая стрелка над катушкой показывает направление вращения]
[рисунок 16.1: катушка с намотанной проволокой на вертикальной оси, концы проволоки припаяны к двум металлическим дискам и через скользящие контакты соединены с гальванометром; круговая стрелка над катушкой показывает направление вращения]
Свободные заряды в проволоке — электроны. При резком торможении катушки они по инерции продолжают двигаться по виткам в прежнем направлении, то есть по часовой стрелке (если смотреть на катушку сверху, как на рисунке).
Электрическим током считается движение положительных зарядов. Электроны заряжены отрицательно, поэтому направление тока противоположно их движению.
Ответ: в момент торможения ток в катушке идёт против часовой стрелки.
Электрическим током считается движение положительных зарядов. Электроны заряжены отрицательно, поэтому направление тока противоположно их движению.
Ответ: в момент торможения ток в катушке идёт против часовой стрелки.
§ 114. Вопрос 3. Что определяет скорость упорядоченного движения электронов в металле?
Под действием поля электрон движется с ускорением a = eE/mₑ, пока не столкнётся с ионом решётки через время t₀ (среднее время между столкновениями). Затем он теряет направленную скорость, и процесс повторяется.
Средняя скорость упорядоченного движения v = eEt₀/(2mₑ). Она определяется напряжённостью электрического поля в проводнике E = U/l (то есть напряжением на концах проводника), зарядом и массой электрона и средним временем между столкновениями.
Ответ: скорость пропорциональна напряжённости поля (напряжению на проводнике) и времени свободного пробега электронов.
Средняя скорость упорядоченного движения v = eEt₀/(2mₑ). Она определяется напряжённостью электрического поля в проводнике E = U/l (то есть напряжением на концах проводника), зарядом и массой электрона и средним временем между столкновениями.
Ответ: скорость пропорциональна напряжённости поля (напряжению на проводнике) и времени свободного пробега электронов.
§ 114. Вопрос 4. Какие частицы находятся в узлах кристаллической решётки металла?
Атомы металла отдают внешние (валентные) электроны, которые становятся свободными. Оставшиеся частицы — положительно заряженные ионы металла — образуют кристаллическую решётку и колеблются около положений равновесия.
Ответ: положительные ионы.
Ответ: положительные ионы.