If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:8:03

Видео транскрипция

Ключът към разбирането на електричните свойства на материала е да разгледаме енергийната диаграма, енергийната лентова структура на твърдите вещества и да се фокусираме върху най-високата енергийна лента, която съдържа електрони. Помисли, всеки материал, който вземеш, всяко твърдо вещество, което вземеш, трябва да има най-висока енергийна лента с електрони. Понеже има краен брой електрони. Избираш тази най-високоенергийна лента. Може да е всичко – не знам, в зависимост от материала, който изберем, лентата може или да има напълно запълнени електрони, или, може би, да е с частично запълнени електрони. Всичко е възможно. Нека защриховам това, за да покажа запълнени електрони тук. Нека приемем, че това има частично запълнени електрони. Това дори е един от тях. И тъй като електроните по принцип могат да се възбуждат при по-високи температури и не искаме да гледаме това точно сега, нека разгледаме най-ниското възможно енергийно състояние. Това е при най-ниската възможна температура, нула келвина. Нека приемем, че това е при нула келвина. Нула келвина. 0 К. Добре. Ако вземеш материали като натрий или магнезий, или мед, или желязо – виж, говоря за проводници. Ако вземеш такива материали, които са проводници, се оказва, че ако разгледаш следващата налична енергийна лента, ще видиш, че следващата по-висока енергийна лента се припокрива с тази енергийна лента. Както видяхме преди, енергийните ленти могат да се припокриват и в добри проводници или метали те остават припокрити. И, строго казано, те не са две различни енергийни ленти, понеже след като се припокрият, те стават една единична гигантска енергийна лента, така че трябва да се отърва от тези разделяния тук, просто ще намаля яркостта им. Ето. Сега имам една гигантска енергийна лента, която не е напълно запълнена с електрони, има много свободни пространства при нула келвина. Помисли какво ще се случи, ако леко увеличим температурата. Ако увеличим леко температурата, термалната енергия ще опита да възбуди електроните тук малко по-нависоко. Въпросът е дали позволените енергии са малко по-високи. И отговорът е да, има позволени енергии. Има толкова много позволени енергии, че цялото нещо е континуум. Помни, те не е нужно да прескачат тук, позволено е, така че, като резултат, всички тези електрони стават свободни електрони, понеже могат свободно да се движат тук. Можеш да мислиш за това като голяма класна стая, частично заета с ученици и е празна и децата ще се местят. Това е ситуацията с проводниците. Тук си имаме работа с проводници. От друга страна, ако погледнеш някакъв материал и провериш енергийните му ленти, ще видим, че най-високата енергийна лента – отново, това е най-високата енергийна лента и тя ще е напълно запълнена при нула келвина. Ще е напълно, напълно запълнена при нула келвина. Отново, помни, това е 0 К, нула келвина. Сега ако погледнеш следващата налична енергийна лента е видиш, че тя не само не се припокрива, но има голямо празно пространство между тях. Има огромна енергийна пролука между тях и тази енергийна пролука е позната като лентова празнина. Също се нарича забранени енергийни нива, понеже на електроните им е забранено да са някъде тук. Обикновено наричаме това Eg. И ако тази лентова пролука, Eg, ако това е някъде повече от четири електрон волта – сега не е, отново, това не е много строго нещо, понякога може да напишеш пет или четири електрон волта, но е по-скоро повече от четири електрон волта – тогава ще наречем това изолатор. Наричаме тези изолатори. Това ще е пример за, да кажем, стъкло или диамант – те са отлични изолатори. Можеш ли да видиш защо се оказват изолатори? Понеже сега, ако увеличиш малко температурата и електроните опитат да се възбудят, сега електроните не могат да се възбудят толкова лесно, понеже ако опиташ да възбудиш електрона оттук до тук, той не може да приеме това, понеже, помни, тези енергийни нива са забранени. Ако искаш да възбудиш тези електрони ще трябва да ги възбудиш чак до тук и вероятността един електрон да бъде възбуден чак до тук е изключително ниска, дори при стайни температури. И в такива материали, дори при стайни температури, ще откриеш изключително малко количество електрони в тази празна лента и само малко или пренебрежимо малко свободни електрони се срещат и това е причината изолаторите да се държат като изолатори. Ако разгледаш силикона или германия и се фокусираш върху най-високите им енергийни ленти, отново, открито е, че при нула келвина това е напълно запълнено, това цялото нещо е напълно запълнено, точно както при изолатор. Добре. Но сега, ако погледнеш следващата налична енергийна лента, откриваш, че ситуацията е много подобна на тази с изолатора, но можеш да видиш разликата – тази същата лентова празнина, тази забранена енергийа празнина, е изключително малка. Обикновено, помня, за силикона е около 1,1 електрон волта, за германия е около 0,7 електрон волта. Така че обикновено е по-малко от около два електрон волна. Отново, това не е много важно за момента, не е нужно да се притесняваш много, има значение само, че е малко. И, като резултат, ако увеличиш температурата до, да кажем, стайна температура и опиташ да възбудиш електроните, в сравнение с изолаторите, електроните тук ще станат по-лесно възбудими. При стайна температура ще откриеш много повече електрони в тази по-високоенергийна лента, готови да провеждат, в сравнение с изолаторите. Но, разбира се, те не са толкова добри като проводниците, понеже при проводниците нямаш изобщо пролука, няма лентова пролука, така че всички електрони тук стават свободни. Тук много малко количество електрони могат да станат свободни, почти никакви електрони и казвам почти, понеже някои електрони ще станат свободни това е причината тези да се оказват полупроводници. Единственият детайл, който ни трябва, е да знаем имената на тези две енергийни ленти. Най-високата енергийна лента при нула келвина наричаме валентна лента. Тези ленти, най-високите енергийни ленти, се наричат валентни ленти. Когато някой каже валентна лента, аз се сещам за най-високата енергийна лента при нула келвина. И в повечето от случаите е напълно запълнена, поне когато вземеш изолатор или полупроводник. Напълно запълнена е. И, между другото, нарича се валентна, онеже дори в атомите имаме нещо, наречено валентни обвивки, крайната обвивка, която има електрони. Думата идва от там. И следващата най-висока лента, в която протича провеждането – електроните трябва да отидат там, за да провеждат – наричаме провеждаща лента. Тези ленти се наричат провеждащи ленти. И, забележи, при нула келвина лентата на провеждане е почти винаги празна, напълно празна поне за изолаторите и полупроводниците. И може да се запиташ какво правим за проводниците. Просто, не дефинираме валентни ленти и провеждащите ленти, понеже, както виждаш, при проводниците всъщност имаш една гигантска лента, можеш да я наречеш валентна леента, цялото това нещо, понеже това е лентата с най-високоенергийни електрони. Можем също да наречем това провеждаща лента, понеже това е лентата, в която може да протече провеждане. Така че това губи значението си за проводниците, но имат много специфично значение за изолаторите или полупроводниците.
Кан Академия – на български благодарение на сдружение "Образование без раници".