Поляризация диэлектриков
Классификация веществ по магнитным свойствам
Классификация веществ по электрическим свойствам. Элементы зонной теории твердого тела.
Стекла и другие аморфные тела
Аморфные тела – твердые тела со случайным хаотичным расположением частиц.
В отличие от кристаллов изотропны по свойствам, не имеют определенной температуры плавления (т.е. есть их интервал), характеризуются широким интервалом размягчения.
Одна из групп аморфных веществ – это пластики.
Стекла – разновидность аморфных веществ, имеющих некоторый ближний порядок.
Отдельные атомы какого-либо вещества имеют дискретный энергетический спектр, т.е. электроны в этих атомах могут занимать лишь вполне определенные энергетические уровни.
Часть этих уровней заполнена при нормальном, невозбужденном состоянии атома, на других уровнях электроны могут находиться только, если атом подвергнется внешнему воздействию, т.е. он возбужден. Стремясь к устойчивому состоянию при переходе электронов с возбужденных уровней на уровни, где энергия атома минимальна, атом излучает избыток энергии. Сказанное характеризуется следующей энергетической диаграммой.
В газообразном веществе все атомы достаточно сильно удалены друг от друга. При конденсации газообразного вещества в жидкость, а затем при образовании кристаллической решетки твердого тела все электронные уровни (заполненные и не заполненные) у данного типа атомов несколько смещаются из-за действия соседних атомов друг на друга → из отдельных энергетических уровней уединенных атомов в твердом теле образуется их целая полоса – зона энергетических уровне. Т.е при обменном взаимодействии электронов энергетические уровни расщепляются.
Самая верхняя из заполненных электронами зон называют валентной. Ближайшая к ней незаполненная электронами зона – зона проводимости. Эти зоны отделены друг от друга запрещенной зоной, в которой электроны находиться не могут.
Диэлектрики (г)- вещества самой широкой запрещенной зоной ( > 3 эв) и с самым большим удельным электрическим сопротивлением ( > 108 Ом*м). У некоторых диэлектриков запрещенная зона может быть настолько велика, что электронная электропроводность не играет определяющей роли.
Отличительное свойство – способность к поляризации и возможность существования в этих материалах электростатического поля.
Полупроводники(в) – Ширина запрещенной зоны < 3 эв, 10-5 Ом*м < r < 108 Ом*м.
Отличительное свойство – сильная зависимость удельной проводимости от концентрации и вида примесей и дефектов в материале, а также от внешних воздействий (температуры, света, электрических и магнитных полей…).
Проводник(а,б) – запрещенная зона практически отсутствует. Валентная зона вплотную прилегает к зоне проводимости или даже перекрывается ею → электроны в металле свободны и под влиянием слабых напряженностей приложенного эл. поля могут переходить из валентной (заполненной) зоны в зону проводимости.
r < 10-5 Ом*м.
Отличительное свойство – Сильно выраженная электропроводность.
(!) В полупроводниках и диэлектриках при 0°К все электроны находятся в валентной зоне. Для появления электропроводности необходимо часть электронов из валентной зоны перевести в зону проводимости. Энергии эл. поля для этого не достаточно и требуется более сильное энергетическое воздействие, например нагревание твердого тела. Тогда часть электронов перебрасывается (через запрещенную зону) из валентной зоны в зону проводимости и становясь свободными могут перемещаться под действием электрического поля, создавая электронную проводимость материала.
В валентной зоне откуда ушел электрон, образуется так называемая «дырка» - энергетическая вакансия, которая ведет себя во внешнем электрическом поле как положительный заряд, т.е. двигается в противоположную от электрона сторону (по направлению поля) → в полупроводнике происходит эстафетное движение электронов, заполняющих образующиеся дырки.
Электроны из зоны проводимости могут возвращаться в валентную зону, т.е. рекомбинировать с дырками → при любой температуре наступает динамическое равновесие (количество электронов переходящих в свободную зону = количеству электронов, возвращающихся в нормальное состояние (валентую зону).
вещества по поведению в магнитном поле
/ \
СлабомагнитныеСильномагнитные
μ ≈ 1 μ » 1
(большинство электротехнических материалов)
----------------------------------------------------
Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М.Электротехнические материалы. -Л.: Энергоатомиздат, 1985. -304 с.
Бородулин В.Н. Диэлектрики. М: Изд - во МЭИ, 1993. -60 с.
Пасынков В.В., Сорокин В.С.Материалы электронной техники, 2001.