نظریه گروه از مواد جامد است. مکانیک کوانتومی برای Dummies

این مقاله توضیح می دهد که نظریه گروه از مواد جامد است. نشان داده شده است، آنچه در آن به این دلیل آن را به یک نمایندگی از است ساختار ماده. نتایج از فلزات مختلف از دی الکتریک و نیمه هادی ها.

روزت و دکمه

چند بار در روز ما بر روی دکمه های مختلف کلیک کنید. هیچ کس حتی فکر به آمده می توانید آن را به حساب نمی - تبدیل شده است تا آشنا است که عمل است. و انسان فکر نمی کند که این همه تنها به مدد آن چگونه از آن آسان است حمل یک جریان الکتریکی در فلزات. روشن کردن نور، جوش کتری، اجرا ماشین لباسشویی، به ذکر اقدامات در گوشی های هوشمند است، به این معنی است تکمیل مدار و اجازه می دهد الکترونها در هادی به کار به جای مردم است. توضیح این پدیده به عنوان مجموعه ای هدایت. واضح ترین، شاید، نظریه گروه از مواد جامد است.

اتم و کتری

هر کس که در دبیرستان بود، تا به یک ایده از ساختار اتم. به یاد بیاورید در اطراف یک هسته سنگین با بار مثبت (شامل پروتون و نوترون) چرخش ریه الکترون است. تعداد ذرات منفی دقیقا برابر با تعداد مثبت است. به منظور به خوانندگان تمرین، در سبک توضیح "مکانیک کوانتومی برای Dummies." هر مدار الکترون است که به شدت محدود است، که برای آن می توانید در اطراف هسته در یک عنصر شیمیایی با توجه به چرخش. به نوبه خود، هر گونه دارای یک الگوی منحصر به فرد اتمها مانند مدار. پس از آن spectroscopists شد دانشمندان تشخیص بور از سلنیم و آرسنیک از سدیم است. با این حال، علاوه بر مواد خالص در طبیعت، یک تعداد نامحدود از ترکیب های مختلف وجود دارد. مکانیک کوانتومی (برای Dummies، خواننده باید به یاد داشته باشید) استدلال می کند که در ترکیبات پیچیده مدار را قطع، ادغام، تبدیل، کشیده، ایجاد یک اتصال. کیفیت آنها بستگی به نوع: کووالانسی و یونی قوی تر، هیدروژن، برای مثال، ضعیف تر است.

ساختار بلوری

بدن جامد سخت تر است. برای این مدل، که با استفاده از تئوری گروه از مواد جامد، معمولا یک کریستال کامل است. این به این معنی است که آن را بی پایان و بدون گناه است - هر اتم در جای خود، بار کل برابر صفر است. هسته نوسان در اطراف یک موقعیت خاص تعادل، اما الکترون کلی می توان گفت. بسته به اینکه چگونه "آسان" یک اتم اهدا ذرات منفی مجاور آن، آن است که ساختار الکترونیکی به شدت از پیش تعیین شده از دی الکتریک یا فلزات ابر دست آمده است. باید اضافه کنم که که با توجه به فرض بر این است که تمام الکترون اشغال حداقل مقدار انرژی به آنها، که بدان معنی است که بدن در حالت صفر کلوین. در دماهای بالاتر، دامنه نوسان به عنوان هسته و الکترون به شدت و، از این رو، دومی قادر به اشغال بالاتر سطح انرژی. توزیع ذرات منفی بیشتر "شل" می شود. در برخی از مشکلات، مهم است، با این حال، برای توصیف این پدیده به عنوان مثل دمای بسیار مهم است.

اصل پائولی و لودر

مفهوم نظریه گروه از مواد جامد را می توان تنها خوب به یاد داشته باشید آنچه که در اصل پائولی به دست آورد. اگر تصور کنیم که الکترون - یک کیسه شکر، پس از آن، اگر این کیسه های زیادی، لودر مشروط خواهد آنها بر یکدیگر تحمیل کنند. هر "کیسه" می گیرد خود را در فضا. برای الکترون، این بدان معنی است که در یک کشور داده می شود تنها می توان در یک سیستم باشد. این اصل طرد پاولی است. توجه داشته باشید که ما در ذهن داریم شرایط ایده آل، یعنی دمای صفر کلوین، و کریستال بی نهایت است. کل سیستم است در همان شرایط از درجه حرارت، فشار مکانیکی، نقص در همه بخشی از یک کل است.

منطقه کریستال الکترونیک

در کریستال، کثرت از یک نوع اتم. یکی مول ماده شامل عناصر درجه ده تا بیست و سوم است. چند مول به ازای هر کیلوگرم، برای مثال، نمک؟ بنابراین شما حتی می توان گفت که حتی کوچکترین کریستال شامل غیرقابل تصوری بسیاری از اتم. هر عنصر شیمیایی الگوی خود را از مدار الکترون، و آنچه به انجام اگر آنها در یک بدن چند است؟ پس از همه، با توجه به اصل طرد پائولی، آنها باید کشورهای مختلف را اشغال کند. نظریه گروه از مواد جامد ارائه می دهد به صورت زیر - مدار الکترون تبدیل انرژی های مختلف. تفاوت بین آنها آنقدر کوچک است که آنها فشرده است، با تکیه بر یکدیگر بسیار محکم برای تشکیل یک منطقه مداوم. بنابراین، هر سطح از الکترون در اتم را به یک منطقه در کریستال فله تبدیل شده است. عناصر نظریه گروه از مواد جامد می تواند کمک به توضیح تفاوت بین عایق و هادی.

الکترونیک در منطقه

ما در حال حاضر مورد بحث قرار گرفته چیزی است که با بسیاری از الکترون، که در یک اتم را اشغال مدار همان، تشکیل کریستال اتفاق می افتد. اما رفتار آنها در داخل منطقه تا زمانی که ما پشت به سمت چپ. به اشتراک گذاشتن این در حال حاضر مهم است، زیرا آن را تعیین تفاوت بین فلزات و غیر فلزات. همانطور که در بالا ذکر شد، تئوری گروه از مواد جامد نشان می دهد که سطح انرژی در داخل گروه از اتمهای منفرد مدار مختلف متفاوت بسیار کمی که تقریبا به صورت یک طیف پیوسته. بنابراین، برای غلبه بر موانع بالقوه بین الکترون را دشوار است - آن را به آنها حرکت می کند آزادانه، برای این به اندازه کافی است و حتی گرما. با این حال، هر یک از گروه اجازه محدودیتهای خود را دارد. است که همیشه یک سطح انرژی است که بالاتر یا پایین تر از دیگران وجود دارد.

ظرفیت ممنوع، هدایت

بین این مناطق در منطقه از انرژی، که در آن هیچ سطح که در آن یک الکترون می تواند وجود دارد. در نمودار، آن را به عنوان یک شکاف سفید به نظر می رسد. و او زنگ زد شکاف باند. برای غلبه بر این مانع الکترون فقط می تواند حرکت تند و سریع. بنابراین، او باید برای این انرژی مناسب دریافت خواهید کرد. منطقه با بیشترین انرژی، که برای این نوع از اتم مجاز وجود الکترون نامیده می شود باند ظرفیتی، و پس از آن - هدایت.

دی الکتریک فلزی

نظریه نوار رسانش مواد جامد معتقد است که حضور یا عدم حضور الکترون در باند هدایت نشان می دهد که چگونه به راحتی در این ماده در حال حاضر در جریان است. فلزات و دی الکتریک بنابراین متفاوت است. در مورد اول، باند هدایت در حال حاضر شامل الکترون، از با ظرفیت همپوشانی. ذرات یعنی منفی برای حرکت آزاد تحت عمل میدان الکترومغناطیسی، بدون مصرف انرژی اضافی می باشد. بنابراین، جریان الکتریکی در فلزات به نظر می رسد بسیار آسان است، در واقع - بلافاصله، به محض این زمینه است. و به همین دلیل، از سیم است از فولاد، مس، آلومینیوم ساخته شده است.

مواد برای که نوارهای ظرفیت و رسانش جدا شده توسط یک دی الکتریک به اصطلاح انرژی. این الکترون ها در سطح پایین تر اجازه دام افتاده است. شکاف باند ذرات منفی از سطح که در آن آنها می توانند آزادانه حرکت جدا می کند. و انرژی است که باید به الکترون گزارش شود برای غلبه بر آن، از بین بردن مواد. یا فراتر از به رسمیت شناختن تغییر خواص آن است. بنابراین، سیم بسته بندی های پلاستیکی ذوب می شود و سوختگی، اما الکتریسیته را هدایت نمی کند.

نیمه هادی ها

اما یک طبقه متوسط از موادی که دارای باند گپ وجود دارد، اما تحت شرایط خاصی قادر به انجام جریان الکتریکی. آنها به نام - نیمه هادی ها. مانند دی الکتریک، آنها یک شکاف انرژی بین هدایت و ظرفیت. با این حال، کمتر و با غلبه بر برخی از تلاش است. نیمه هادی کلاسیک سیلیکون (- سیلیکون در لاتین) است. معروف دره سیلیکون مشهور است برای فن آوری های مبتنی بر استفاده از کریستال از این ماده است که برای ایجاد دستگاه های الکترونیکی.