Qattiq jismlarning frans nazariyasi. Dummies Kvant mexanikasi

Ushbu maqola nima qattiq guruhning nazariyasi tushuntiradi. Ko'rsatilgan, u bir vakillik sababi nima materiyaning tuzilishi. dielektriklar va yarimo'tkazgichlar turli metallar natijalari.

Naqsh va tugmasi

Bir kuni biz turli tugmalar ustiga necha marta bosing qiladi? hatto uni hisoblash mumkin emas keladi, deb hech kim - deb harakat, shuning uchun tanish bo'lib qolgan. Va inson, butun bu faqat uni metallar elektr tokini o'tkazish qanday oson mumkin rahmat, deb o'ylayman emas. smartfonlarda harakatlar emas, balki so'z, choynakni qaynatish, nuri kir yuvish mashinasini ishlatish, tutashuv yakunlash va o'tkazgichlarda elektronlar o'rniga odamlar ishlashga imkon beradi, degan ma'noni anglatadi. o'tkazuvchanlik majmui kabi hodisalarni tushuntirish. eng ravshan, ehtimol, qattiq guruhning nazariyasi hisoblanadi.

Atom va qozonlardan

yuqori maktabda edi Har bir inson, bir fikr bor atomining tuzilishi. a musbat zaryadlangan og'ir yadro (proton va neytrondan iborat) atrofida Eslatib o'tamiz, o'pka oz elektronlar aylantirmoq. soni salbiy zarrachalar aynan ijobiy sonini teng. maqsadida pirog kitobxonlar uchun uslubidagi bayon emas "Dummies Kvant mexanikasi." u shu kimyoviy element yadrosi atrofida aylanishi mumkin, buning uchun har bir elektron orbita qat'iy, cheklangan. O'z navbatida, har bir tur o'ziga xos namuna bunday orbitasida atomlar mavjud. Bu shunday olimlar natriy dan selen va mishyak dan Bor ajrata spectroscopists edi. Biroq, tabiatda sof moddalar bilan bir qatorda, har xil birikmalar cheksiz soni bor. Kvant mexanikasi (For Dummies, esda kerak o'quvchi) murakkab birikmalar aylanishlar kesishadi deb, bir aloqasi yaratish, cho'zib, o'zgartirmoq, birlashtirish bahs yuritadi. Ularning sifatli turiga bog'liq: kovalent bog va ion kuchliroq, vodorod, masalan, zaif bo'ladi.

kristalli tuzilishi

mustahkam tanasi yanada qiyin. Qattiq jismlarning guruhning nazariyasi foydalanadi modeli uchun, odatda, bir mukammal kristalli olish. Bu cheksiz va begunoh bo'lsa, degan ma'noni anglatadi - o'z joyida har atom, umumiy zaryad nolga teng bo'ladi. Kernel muvozanat bir holatda atrofida o'zgarayapti, lekin elektronlar umumiy aytish mumkin. "Easy" bir atom o'z qo'shni salbiy zarralar-quvvatlamoqda qanday qarab, u DIELEKTRIKLAR yoki metallar bulut keskin biron-elektron tuzilishini olinadi. Men inobatga qachon u tana nol kelvinda bo'lgan ma'noni anglatadi, barcha elektronlar ularga energiya minimal miqdorini kasb etishini taxmin deb qo'shishingiz kerak. yuqori haroratlarda, salınımının amplitudasi yadrolar va elektronlar kuchli va, shuning uchun, ikkinchisi oliy egallashga qodir energiya darajasini. Salbiy zarralar tarqatish yana "bo'sh" bo'ladi. Bunday harorat juda muhim emas, deb ba'zi muammolar, u muhim ahamiyatga ega, ammo, bu hodisani aniqlash uchun.

Pauli printsipi va o'rnatish

Qattiq jismlarning guruhning nazariyasi tushunchasi nima Pauli printsipi eslash faqat yaxshi erishish mumkin. shakar bir sumka, keyin, bu sumkalar ko'p bo'lsa, shartli o'rnatish Foydalanish ular bir-biriga nazaringizni qiladi - biz elektronlar deb tasavvur qiling. Har bir "bag" fazoda o'z o'rnini oladi. elektronlar uchun, shu berilgan holatda faqat bir tizimda bo'lishi mumkin, degan ma'noni anglatadi. Bu Pauli chiqarish printsipi. Biz, yodda ideal sharoit bor nol kelvin harorati va cheksiz kristal, ya'ni unutmang. butun tizimi harorati, shu sharoitda bo'ladi mexanik stress, nuqsonlar, umuman, barcha qismlarida bir xil bo'ladi.

Elektron kristallar zonasi

Billur yilda atomlarning bir xil, bir ko'pchilik. moddaning bir mol bir o'n, yigirma uchinchi daraja elementlarini o'z ichiga oladi. Qancha mol kilogramm, masalan, tuz? Shunday qilib, siz ham, hatto eng kichik billur tasavvur qilib bo'lmas darajada ko'p atomi o'z ichiga oladi, deb aytish mumkin. Har bir kimyoviy element elektron orbita o'z naqsh bor, va ular bir tanada bir necha bo'lsa, nima qilish kerak? Axir, Pauli chiqarish tamoyiliga ko'ra, ular har xil davlatlarni bosib kerak. Qattiq jismlarning Band nazariyasi quyidagi tarzda taklif etadi - elektron aylanishlar turli energiyalari bo'lib. ular orasidagi farq, ular bosilgan, shunday kichik bir uzluksiz zona tashkil juda mahkam bir-biriga suyanib. Shunday qilib, atomning ichida elektronlar har bir darajasi asosiy qismi kristall bir zonasiga aylanadi. Qattiq jismlarning guruhning nazariyasi elementlari izolyatorlar va o'tkazgichning o'rtasidagi farqni tushuntirib yordam berishi mumkin.

zonadagi elektron

Biz allaqachon bir atom bir xil orbitada harakat, billur shakllanishini egallash elektronlar, bir poda bilan nima bo'layotganini muhokama qilgan. Lekin zonasi ichida ularning xulq, biz yopiq yoki chapga qadar. Bu metallar va nodavlat metallar orasidagi farqni belgilab beradi, chunki bu allaqachon muhim Baham. Yuqorida aytib o'tilganidek, qattiq guruhning nazariyasi individual atomlarning guruhi ichida energiya sathi turli aylanishlar deyarli uzluksiz spektrini hosil, shunday qilib, oz farq dalolat beradi. Shunday qilib, elektronlar o'rtasidagi mumkin to'siqni yengib qiyin emas - bu ham issiqlik yetarli uchun, erkin, ularni harakat. Biroq, ruxsat guruhining har chegaralari bor. boshqalardan ko'ra yuqori yoki past bo'lgan energiya darajasi har doim bor.

Valentli man, o'tkazuvchanlik

Bu zonalar orasida bir elektron bo'lishi mumkin bo'lgan hech qanday darajada mavjud energetika, bir maydon bor. grafikalar, u oq teshikka sifatida paydo bo'ladi. Va u tarmoqli buzilishi deb ataladi. Bu to'siq elektronni faqat ko'tarish yengish uchun. Shunday qilib, u bu energiyani uchun tegishli olish kerak. atomlarning bu turi uchun elektronlar mavjudligini ruxsat buyuk energiyasi bilan zonasi, valent guruhini chaqirib, uni quyidagi etiladi - o'tkazuvchanlik.

metall dielektrik

qattiq o'tkazilishi guruhning nazariyasi o'tkazilishi diapazonida elektronlar mavjudligi yoki yo'qligi, bu joriy moddalar oqib qanday osonlik bilan ishora, deb ta'kidlaydi. Shunday qilib, turli metallar va DIELEKTRIKLAR. Valence bilan kesishadi, chunki sobiq holda, o'tkazish frans allaqachon, elektronlar o'z ichiga oladi. A vositalari salbiy zarralar har qanday qo'shimcha energiya kiritish holda, elektromagnit maydon ta'siri ostida harakat qilish uchun bepul. Shuning uchun, metallar elektr joriy aslida, juda oson ko'rinadi - bir zumda, bilanoq sohasida sifatida. Va shu sabab bilan, sim po'lat, mis, alyuminiy qilingan.

Materiallar qaysi valentli va o'tkazish guruhlari energiya deb ataluvchi dielektriklar bilan ajratilgan. Bu elektronlar ruxsat quyi darajada tuzoqqa etiladi. Band GAP ular erkin atrofida harakat bo'lishi mumkin bo'lgan darajada salbiy zarralar ajratib turadi. Va elektronlar ma'lum kerak energiya, uni bartaraf moddiy yo'q qilish. Yoki tanib bo'lmas, uning xususiyatlarini o'zgartirish. Shuning uchun, plastik wrap simlar eriydi va kuyish, lekin elektr o'tkazish emas.

Semiconductors

Lekin u erda bir bandgap bor materiallar bir oraliq sinf, lekin elektr tokini o'tkazish ma'lum shartlar ostida qodir. Ular deyiladi - yarim o'tkazuvchilar. dielektrik kabi, ular o'tkazish va Valence o'rtasida energiya bo'shliqni bor. Biroq, ba'zi bir harakatlar bilan kamroq va bartaraf bo'ladi. Klassik yarimo'tkazgichli (- Silicium lotincha) kremniy hisoblanadi. mashhur Silikon vodiysi , bu moddaning kristallari foydalanishga asoslangan texnologiyalarni uchun elektron qurilmalar yaratish uchun mashhur.