Тепловое возбуждение электронов

Теплоемкость же, вызванная тепловыми возбуждениями электронов в нормальном состоянии, определяется равенством [c.296]

Чтобы понять принципы этого противоречия, рассмотрим более тщательно тепловое возбуждение электронов (валентных) металла. Согласно оценкам по формуле (3. 26) электроны занимают вое энергетические уровни в зоне вплоть до уровня Ферми Ер 5 эВ. В основном состоянии эти уровни (ниже уровня Ферми) заняты, поэтому при любом механизме возбуждения электрона энергия должна быть достаточно большой, чтобы перебросить электрон на один из свободных уровней, лежащих выше уровня Ферми (см. пояснение к формуле (3.27). [c.124]

Рис. 3.16. Тепловое возбуждение электронов (в) график функции распр . деления Ферма—Дирака при Г>0 К (б)

Ф-ла (1) неприменима в тех случаях, когда для участвующих в тепловом возбуждении электронов Л (<У) имеет выраженную структуру. Напр., если тепловое движение электрона представляет собой переходы между двумя уровнями, разделёнными энергетич. щелью Д, то Э. т. имеет т. н. аномалию Шотт к и [c.555]

При высоких температурах основной вклад в тепловое давление и тепловую энергию дают вторые слагаемые в числителе и знаменателе (2.193), определяемые тепловым возбуждением электронов. В предельном случае очень высоких температур электроны можно считать свободным электронным газом, в котором Г = 2/3. Но при Г [c.54]

В более высоких приближениях адиабатической теории учитывается связь электронных возбуждений с колебаниями ядер, обусловленная оператором кинетической энергии ядер. Эта связь приводит к процессам полного или частичного перехода энергии электронного возбуждения в энергию колебаний ядер, или к обратным процессам — теплового возбуждения электронных состояний, Такие процессы называются неадиабатическими. [c.10]

При нагревании атомы вещества приходят в движение. С тепловым движением атомов связаны определенные энергия и давление. При температурах порядка десяти тысяч градусов и выше существенную роль играет тепловое возбуждение электронов. [c.540]

Как уже отмечалось в предыдущем параграфе, полные энергию и давление можно представить в виде суммы упругих и тепловых составляющих. В свою очередь тепловые члены разобьем на две части слагаемые, соответствующие тепловому движению атомов (ядер) — Вт, рт, и слагаемые, отвечающие тепловому возбуждению электронов — e , Ре- Удельная внутренняя энергия и давление твердого тела запишутся при этом в виде [c.540]

Тепловое возбуждение электронов [c.546]

ТЕПЛОВОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ 547 [c.547]

Резюмируем коротко результаты 2—5. Удельную внутреннюю энергию и давление твердого или жидкого вещества можно представить в виде сумм трех составляющих, которые описывают упругие свойства холодного тела, тепловое движение атомов (ядер) и тепловое возбуждение электронов. Рассматривая не слишком высокие температуры, не выше нескольких десятков тысяч градусов (и большие сжатия), можно в порядке приближения считать, что атомы совершают малые колебания и что теплоемкость их равна су = 3]Ук. Электронные члены при таких температурах описываются приближенными формулами (11.28), (11.29)> аким образом, энергия и давление равны [c.549]

Равновесная плотность твердого тела зависит от температуры. В Модели статической решетки температура обусловливает только один эффект — тепловое возбуждение электронов. При температурах ниже в диэлектриках [c.47]

Ток генерации, т. е. дырочный ток, текущий из п-области в р-область перехода. Как видно из названия, этот ток обусловлен дырками, генерируемыми непосредственно в п-области обедненного слоя при тепловом возбуждении электронов с уровней валентной зоны. Хотя концентрация таких дырок (неосновных носителей) в п-области чрезвычайно мала по сравнению с концентрацией электронов (основных носителей), они играют важную роль в переносе тока через переход. Это происходит потому, что каждая дырка, попадающая в обедненный слой, тут же перебрасывается в р-область под действием сильного электрического поля, которое имеется внутри слоя. В результате величина возникающего тока генерации не зависит от значения изменения потенциала в обедненном слое, поскольку любая дырка, оказавшаяся в слое, перебрасывается из п-области в р-область ). [c.219]

Эти уравнения отражают тот факт, что изменение числа носителей в некоторой области полностью определяется скоростью, с которой носители втекают в эту область и вытекают из нее. Однако число носителей не сохраняется. Электроны зоны проводимости и дырки валентной зоны могут генерироваться в результате теплового возбуждения электронов с уровней в валентной зоне. Помимо этого, электрон зоны проводимости может рекомбинировать с дыркой валентной зоны (т. е. электрон может занять пустой уровень, который и является дыркой), что приводит к исчезновению обоих носителей. В уравнения непрерывности следует добавить члены, описывающие все процессы, которые изменяют число частиц в выделенной области [c.222]

Действительно, уменьшение излучательной способности будет не беспредельно и, достигнув определенной величины, вновь начнет возрастать. Об этом свидетельствуют многие экспериментальные данные по степени черноты, полученные в зависимости от температуры для ряда тугоплавких соединений. Объяснение такого рода дает классическая электродинамика, рассматривающая излучение как результат взаимодействия электромагнитной волны с веществом. Если сообщить металлу и диэлектрику одинаковое количество тепловой энергии, то в металле энергия расходуется на возбуждение электронов и, следовательно, ведет к росту интенсивности излучения в диэлектрике часть энергии идет на изменение величины дипольного момента, т. е. наблюдается относительное уменьшение излучательной способности. Такой [c.66]

В реальном веществе ие вся энергия колеблющихся электронов испускается обратно в виде электромагнитных волн, а часть ее переходит в другие формы энергии и главным образом в тепловую. Возбужденные атомы и молекулы взаимодействуют и сталкиваются друг с дру- [c.97]

Иное дело в случае, изображенном на рис. 6.11, б. Если ширина запрещенной зоны Af порядка (или менее) нескольких электрон-вольт, то за счет теплового возбуждения часть электронов валентной зоны совершает квантовый переход в зону проводимости чем выше температура, тем чаще происходят такие переходы. В результате возникают электроны в ранее пустовавшей зоне проводимости проводящие свойства кристалла радикально изменяются — диэлектрик превращается в полупроводник. Число электронов в зоне проводимости существенно зависит от температуры. Обычно оно таково, что газ электронов проводимости можно считать невырожденным, зависимость v(e) для него описывается кривой в на рис. 6.7. Одновременно с появлением электронов в зоне проводимости возникают свободные состояния в валентной зоне иначе говоря, возникают дырки. Газ дырок, как и газ электронов проводимости, является обычно невырожденным. Заметим, что понижение температуры не приводит к вырождению этих газов, так как с понижением температуры уменьшается число электронов в зоне проводимости и соответственно дырок в валентной зоне при абсолютном нуле полупроводник превратится в диэлектрик. В переносе тока в полупроводнике участвуют как электроны проводимости, так и дырки. [c.144]

В процессе своего перемещения по кристаллу электрон проводимости может быть захвачен на уровень , (переход 6 на рис. 8.2). На этом уровне он может находиться достаточно долго, а затем может возвратиться (за счет, например, теплового возбуждения) обратно в зону проводимости — переход 7. Наличие в кристаллофосфоре подобных ловушек электронов, естественно, существенно увеличивает длительность люминесцентного свечения. Заметим, что длительность люминесценции связана не только с ловушками , но и с рядом других факторов. Например, она связана с временем жизни экситонов. Напомним, что непрямой экситон живет значительно дольше, чем прямой (см. 6.4). [c.190]

Универсальное соотношение между спектрами поглощения и люминесценции Степанова. Б. И. Степанов, исходя из самых общих термодинамических соображений, не учитывающих индивидуальных особенностей конкретных молекул, получил универсальное соотношение между их спектрами поглощения и люминесценции. При этом он базировался на представлении, что за время между актами поглощения и люминесценции (за время, меньшее, чем т) успевает установиться равновесное распределение возбужденного электронного состояния, определяемого температурой среды. В этих условиях распределение энергии в спектре люминесценции сложных молекул должно совпадать с распределением энергии в спектре теплового излучения тех же молекул, которое определяется законом Кирхгофа. Установленное на основе этих соображений универсальное соотношение Степанова имеет вид [c.177]

Другая особенность электронного газа в металле заключена в том, что скорость электронов определяется не энергией теплового движения, а значением Еф. Действительно, скорость термически возбужденных электронов w,= y ( Еф+- кт). Член (3/2) kT < Еф может быть отброшен значение Еф мало отличается от ЕЦ, поэтому We = У 2Е Ут ) [c.456]

Электронно-релаксационная поляризация обусловлена ограниченным перемещением возбужденных тепловой энергией электронов. Она характерна для диэлектриков с электронной электропроводностью, например двуокись титана с примесями ионов ниобия, кальция, бария. [c.8]

Эти переходы ведут к появлению ярких линий спектра, возникающих первыми при тепловом возбуждении свечения, образуя так называемый простой" спектр. Более сложные системы из очень большого числа менее интенсивных линий возникают при переходах, связанных с возбуждением 4f-H 5(1-электронов. Для нейтральных атомов указанной группы редких земель это будут переходы [c.291]

Полное тепловое возбуждение электронов в металле при обычных температурах, отвечающих твердому состоянию, всегда мало. Условием того, что все электроны подверглись тепловому возбуждению, является равенство ен=коТн. Температура, удовлетворяющая этому условию, называется температурой Ферми. Выше этой темнературы электроны ведут себя как классический (идеальный) газ, а при Т<Тр можно считать, что электроны находятся в основном состоянии (в к-пространстве внутри сферы Ферми). Обычные значения гр соответствуют температуре Ферми порядка ТО К. [c.126]

При температурах, больших порядка 10 К, которые реализуются в ударных волнах с давлениями порядка 10 ГПа, следует также учитывать составляющие внутренней энергии и давления, проиорцнональные Т и связанные с тепловым возбуждением электронов и эффектами ангармонпческпх колебаний атомов. [c.243]

Примесями могут быть различные вещества, например в кристалле германия могут содержаться мышьяк, сурьма, инднй и др. Примеси имеют свои энергетические уровни. Различают примеси донорные и акцепторные. Донорные примеси имеют энергетические уровни, располагающиеся в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости. В связи с этим уже при сравнительно низкой температуре энергия теплового возбуждения электронов достаточна для перехода их с уровня примеси в зону проводимости, что приводит к возрастанию в пей концентрации электронов и увеличению электропроводности полупроводника. Акцепторные примеси имеют уровни, располагающиеся в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зоны. Электроны валентной зоны легко переходят на акцепторный уровень, оставляя в валентной зоне дырки, которые также участвуют в электропроводности. [c.57]

РАБбТА ВЫХОДА — энергия, к-рая затрачивается твёрдым или жидким телом при тепловом возбуждении электрона этого тела в вакуум (в состояние с равной нулю кинетич. энергией). Р. в. равна разности двух энергий 1) энергии покоящегося электрона, находящегося в такой точке вне тела, к-рая, с одной стороны, удалена от поверхности тела на расстояние, во много раз превышающее межатомные расстояния, а с др. стороны, гораздо ближе к рассматриваемой поверхности тела, чем к др. телам и к краю этой поверхности (в частности, эта точка должна быть далека от края рассматриваемой кристаллич. грани) 2) эл.-хим. потенциала электронов в рассматриваемом теле, к-рый в состоянии термодинамич. равновесия одинаков во всех точках тела. Если эл.-статич. потенциал в вакууме в указанной точке равен фвак1 в объёме тела — Фоб, — ферми-энергия электронов (уровень их хим. потенциала), Рр — ефоб — эл.-хим. потенциал электронов в расс.матривае.мом теле, то Р. в. равна [c.194]

При высоких температурах порядка 10 ООО °К и выше становится существенным тепловое возбуждение электронов в металлах и к энергии и давлению следует добавить еще и электронные составляющие и Ре. Они такн е связаны термодинамическим тождеством (6.5), которое дает р = ГеВе/У-Например, для свободного электронного газа где р = У УаТ и [c.255]

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — испускание электронов нагретыми твердыми (реже жидкими) телами, происходящее в результате теплового возбуждении электронов в этих телах. Для большинства эмиттеров Т. э. наблюдается при темп-рах, значительно более высоких, чем комнатная (так, для получении Т. э. заметной величины бол1.шинство тугоплавких металлов необходимо нагревать до темн-ры 2000-2500° К). [c.173]

На всех трёх этапах развития теории теплоёмкости (Эйнштейн, Дебай и Борн — Карман — Блэкмен) делалось предположение о том, что междуатомные силы подчиняются закону Гука. В настоящей главе мы также будем ограничиваться этим приближением. Однако на кривых удельной теплоёмкости им не охватываются некоторые детали, которые обусловлены двумя причинами ангармоническим членом в силах взаимодействия и тепловым возбуждением электронов. Подробнее эти вопросы будут изложены позднее. Можно думать, что ангармонический член во взаимодействии обусловливает следующие явления а) аномальные пики на кривых удельной теплоёмкости молекулярных кристаллов типа твёрдого метана и ионных кристаллов, в частности, хлористого аммония б) часть отклонения от закона Дюлонга и Пти при высоких температурах. Электронное взаимодействие, несомненно, в свою очередь ответственно за а) линейную температурную зависимость удельной теплоёмкости некоторых металлов вблизи абсолютного нуля, б) аномальные пики на кривых удельной теплоёмкости ферромагнитных металлов и парамагнитных солей и в) часть отклонений от закона Дюлонга и Пти при высоких температурах-.-в частности те, которые наблюдаются у металлов переходной у пы. [c.114]

Рис. 99. Туннельный эффект через оксидную пленку между двумя нормально или сверхпроводящими твердыми телами. Верхний ряд. Если оба тела — нормальные проводники, то в рлиновесии зона проводимости заполнена до энергии Ер. При приложении к ним напряжения происходит сдвиг химического потенциала (энергии Ферми) одного проводника по отношению к другому. В результате пойдет ток, вольтамперная характеристика которого имеет вид прямой линии. Средний ряд. Если одно из тел—сверхпроводник, то при 7" = О ток возникает только тогда, когда химический потенциал нормального проводника увеличится на величину Д. При Т О, из-за теплового возбуждения электронов слабый ток возникает при напряжении, меньшем Д. Нижний ряд. Если граничат два сверхпроводника, то при 7 = О ток возникает только при напряжении, равном Д1 + Д2. При Т 0 возникает дополнительный ток, который при Д1 — Дг имеет максимум.

Зонная структура твердого тела является результатом взаимодействия волновой функции электрона с рещеткой. Зонная структура позволяет найти частоты и направления, для которых волновая функция электрона может или не может проходить через решетку. Отражение электронной волны под углами Брэгга от кристаллографических плоскостей является идеально упругим и не вносит вклада в электрическое сопротивление. Для каждого кристалла и каждой электронной конфигурации условия Брэгга налагают определенные ограничения на направление волнового вектора и значения энергий, которые может принимать электронная волна. Эти ограничения в направлениях и значениях энергий приводят к появлению щелей в почти непрерывном спектре энергий и направлений. Именно эти щели (порядка 1 эВ для полупроводников и 5 эВ или больше для хороших диэлектриков) обусловливают сильнейшие различия между металлами, полупроводниками и диэлектриками (рис. 5.2). Для металлов характерно, что уровень Ферми оказывается внутри зоны, имеющей вакантные энергетические уровни. Полупроводники имеют полностью заполненную разрешенную зону. Ширина запрещенной зоны у них невелика, н поэтому ие большое число электронов при тепловом возбуждении может перейти в расположенную выше разрешенную зону. Диэлектрик отличается от полупроводника тем, что его запрещенная зона очень велика, и практически ни один возбужденный электрон не может ее преодолеть. [c.190]

Возможна и рекомбинация через локальный уровень, лежащцр вблизи дна зоны проводимости (рис. 16.4, 5—8, 9). В этом случае электрон со дна зоны проводимости захватывается так называемыми ловушками — локальными уровнями (рис. 16.4, 6), иногда называемыми также уровнями прилипания. Если эти уровни лежат неглубоко от дна зоны проводимости, то под действием тепловой энергии электрон может быть переброшен обратно в зону проводимости (рис. 16.4, 7). В дальнейшем электрон, так же как и в первом случае, опускаясь на уровень активатора, рекомбинирует с образовавшейся дыркой в валентной зоне. Возбужденный ион активатора за счет получения энергии рекомбинации становится центром высвечивания. Ввиду задержки электрона на локальных уровнях такое свечение бывает продолжительным. Его длительность определяется также глубиной локальных уровней. Если локальный уровень лежит так далеко от дна зоны проводимости, что тепловая энергия при данной температуре кристалла недостаточна для возвращения электрона обратно в зону проводимости, то он может быть пленен на этом уровне до сообш,ения ему нужной энергии другим способом, скажем облучением. Электрон из этого пленения можно освободить также путем дальнейшего нагревания кристалла. Подобное свечение называется термовысвечиванием. [c.363]

Следует ожидать, что в металлах могут существовать дополнительные степени свободы, связанные с движением свободных электронов поэтому здесь можно говорить об электронных возбуждениях. В некоторых телах вырожденные электронные уровнн могут расщепляться под действием локальных электрических и магнитных полей на ряд дискретных подуровней, с переходами между которыми (называемыми переходами Шоттки) также связан новый тип тепловых возбуждений. К этому типу принадлежит, кроме того, переход между основным и возбужденным электронными состояниями при малой разности энергий, что, по-видимому, имеет место у редкоземельных элементов. [c.316]

Чистый совершенный полупроводник (например, 51, дл которого АЕ 1,1 эВ) вблиаи абсолютного нуля ведет себя как изолятор. С повышением температуры наступает такой момент, когда энергии теплового возбуждения достаточна для массового переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости. В результате такого перехода в зоне проводимости появятся электроны, а в валентной зоне — свободные от электронов энергетические уровни, которые, можно в разумных границах ассоциировать с положительными зарядами (дырками). В отсутствие внешнего электрического поля электроны и дырки совершают хаотическое движение. При включении внешнего электрического поля осуществляется направленное движение носителей заряда (дрейф) причем электроны двигаются преимущественно против поля,, а дырки —по направлению поля. [c.84]

Достаточно точное выражение для теплоемкости электронного газа в металле можно получить, опираясь на следующие два предположения 1) возбуждаться (черпать энергию) могут лишь те электроны, энергетические уровни которых лежат внутри слоя шириной коТ вблизи уровня Ферми все прочие электроны не принимают участия в поглощении тепловой энергии 2) способные к возбуждению электроны ведут себя так же, как простой газ частиц с тепловой энергией 3/2 коТ каждая. Поэтому при температуре Т полная энергия п свободных электронов в едИ Ннце объема металла описывается выражением [c.125]

Чем шире разрыв между занятыми и свободными уровнями, тем выше должна быть температура для создания заметного тока. В кремнии, германии, теллуре и особенно в соединениях ZnSb, ZnAs разрыв между занятыми и свободными уровнями настолько мал, что электроны могут переходить через него даже в результате теплового возбуждения. [c.280]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...