Виды проводников
Проводники – вещества, пропускающие электрический ток, то есть имеющие низкое сопротивление.
Виды:
Металлические. В металлических проводниках ток переносят электроны, само вещество ток не затрагивает (при небольших значениях). Этот вид проводимости наблюдается в твердых и жидких (расплавленных) металлах и полупроводниках.
Ионные. В ионных проводниках ток переносят положительно и отрицательно заряженные ионы (катионы и анионы соответственно). Этот вид проводимости меняет состав вещества, вызывая химические реакции (к примеру, появление отложений на электродах). Такой тип проводимости характерен для некоторых жидкостей (солей), растворенных солей, солевых растворов и ионизированного газа (плазмы).
Плазмы – отдельная категория, здесь один переносчик зарядов – электроны, а второй – положительно заряженные частицы газа. Обе составляющие двигаются в электрическом поле.
Также существуют полу проводники – вещества которые только при определенных условия могут проводить электрический ток. А также есть сверхпроводники вещества почти не обладающие электрическим сопротивлением, большинство металлов при очень низких температурах способны проявлять свойства сверхпроводимости.
Дефекты решетки:
Идеальных кристаллов, в которых все атомы находились бы в положениях с минимальной энергией, практически не существует. Отклонения от идеальной решетки могут быть временными и постоянными. Временные отклонения возникают при воздействии на кристалл механических, тепловых и электромагнитных колебаний, при прохождении через кристалл потока быстрых частиц и т. д. К постоянным несовершенствам относятся:
• точечные дефекты (межузельныс атомы, вакансии, примеси). Точечные дефекты малы во всех трех измерениях, их размеры по всем направлениям не больше нескольких атомных диаметров;
• линейные дефекты (дислокации, цепочки вакансий и меж-узельных атомов). Линейные дефекты имеют атомные размеры в двух измерениях, а в третьем - они значительно больше размера, который может быть соизмерим с длиной кристалла;
• плоские, или поверхностные, дефекты (границы зерен,границы самого кристалла). Поверхностные дефекты малытолько в одном измерении;
• объемные дефекты, или макроскопические нарушения (закрытые и открытые поры, трещины, включения постороннего вещества). Объемные дефекты имеют относительно большие размеры, несоизмеримые с атомным диаметром, во всех трех измерениях.
Квантовая статистика электронов в металле:
Квантовая
статистика базируется на принципе
Паули, согласно которому в каждом
энергетическом состоянии
может
находиться только один электрон. Отсюда
сразу вытекает различие классического
и квантового распределений электронов
по энергиям. С классической точки зрения
энергия всех электронов при температуре
абсолютного нуля должна равняться
нулю. А по принципу Паули даже при
абсолютном нуле число электронов на
каждом уровне не может превышать двух.
И если общее число свободных электронов
в кристалле равно n, то при 0 К они займут
n/2 наиболее низких энергетических
уровней.
В
квантовой теории вероятность заполнения
энергетических состояний электронами
определяется функцией Ферми:
где W — энергия уровня, вероятность заполнения которого определяется, WF — энергия характеристического уровня, относительно которого кривая вероятности симметрична. При Т = 0 К функция Ферми обладает следующими свойствами: F(W) = 1, если W £ WF и F(W) = 0, если W > WF.
Таким образом, величина WF определяет максимальное значение энергии, которую может иметь электрон в металле при температуре абсолютного нуля. Эту характеристическую энергию называют энергией Ферми или уровнем Ферми. Соответствующий ей потенциал jF = WF/e называют электрохимическим потенциалом. Следует отметить, что энергия WF не зависит от объема кристалла, а определяется только концентрацией свободных электронов, что непосредственно вытекает из принципа Паули. Поскольку концентрация свободных электронов в металле велика, энергия Ферми также оказывается высокой и в типичных случаях составляет 3 – 15 эВ.