Повні розв’язки, як у зошиті. Хочеш розібратися самостійно — під кожним завданням є «Пояснення з репетитором».
Сторінка 51
§ 7. Електричний струм у напівпровідниках. Власна провідність напівпровідників
Завдання 1
Особливості провідності напівпровідників
Описати особливості провідності напівпровідників, порівнявши їх з провідниками та діелектриками, враховуючи вплив освітленості та температури.
Розв’язання
Визначимо порядок питомого опору для різних типів матеріалів: провідники (ρ∼10−8Ом⋅м), напівпровідники (ρ∼10−4−107Ом⋅м), діелектрики (ρ∼1012−1020Ом⋅м).
Пояснимо, що концентрація вільних заряджених частинок у напівпровідниках є набагато меншою, ніж у провідників, але більшою, ніж у діелектриках.
Опишемо вплив температури: з підвищенням температури питомий опір напівпровідників зменшується, тоді як у металів — збільшується.
Опишемо вплив освітлення: зі збільшенням освітленості питомий опір більшості напівпровідників зменшується, тоді як у металів майже не змінюється.
Відповідь:
Напівпровідники мають проміжну провідність між металами та діелектриками; їхній опір залежить від температури (зменшується при підвищенні) та освітлення (зменшується при збільшенні).
Сторінка 52
Завдання 1 (с. 52)
Відмінності провідності металів і напівпровідників
Описати три основні відмінності в поведінці металів та напівпровідників щодо впливу освітлення, температури та домішок на їхній опір.
Розв’язання
Вплив освітлення: у металів опір майже не змінюється при освітленні, а в більшості напівпровідників зі збільшенням світла опір зменшується.
Вплив температури: підвищення температури збільшує опір металів, але зменшує опір напівпровідників.
Вплив домішок: додавання домішок погіршує провідність металів, тоді як у напівпровідників це може різко зменшити їхній опір.
Відповідь:
1) Освітлення не впливає на опір металів, але зменшує його в напівпровідниках; 2) Підвищення температури збільшує опір металів і зменшує опір напівпровідників; 3) Домішки погіршують провідність металів, але можуть значно покращити провідність напівпровідників.
Завдання 2
Будова кристала кремнію та ковалентний зв'язок
Пояснити будову кристала кремнію, кількість валентних електронів, поняття «сусід» та суть ковалентного зв'язку.
Розв’язання
У твердому стані атом кремнію має чотирьох найближчих сусідів у кристалічній ґратці.
Кожен атом «позичає» по одному валентному електрону кожному сусіду, а також отримує від них електрони для спільного користування.
Між кожними двома атомами утворюється спільна електронна пара, що називається ковалентним зв'язком.
Відповідь:
Кремній має чотири валентні електрони; кожен атом пов'язаний з чотирма сусідами через ковалентний зв'язок, який утворюється за рахунок спільного використання валентних електронів.
Сторінка 55
Завдання 7.1
Види провідності речовин
Оберіть речовини з електронно-дірковою провідністю серед: а) алюміній; б) германій; в) залізо; г) мідь; д) кремній.
Розв’язання
Алюміній, залізо та мідь — це метали, тому вони не мають діркової провідності.
Германій і кремній — це класичні напівпровідники, у яких струм переносять як вільні електрони, так і дірки.
Відповідь:
б) германій; д) кремній
Завдання 7.2
Зв'язок середовища та графіка опору
Установіть відповідність між середовищем (1–3) і графіком залежності питомого опору від температури (А–Г): 1 — Метали; 2 — Розчини електролітів; 3 — Напівпровідники.
Розв’язання
Метали (1): При нагріванні атоми металу більше перешкоджають руху електронів, тому опір зростає — це графік Б.
Розчини електролітів (2): Для них характерна майже незалежність опору від температури — це горизонтальна лінія, графік В.
Напівпровідники (3): При нагріванні зв'язки розриваються і з'являються вільні носії заряду, тому опір різко падає — це графік А або Г (враховуючи, що для чистих напівпровідників характерне сильне падіння).
Відповідь:
1–Б; 2–В; 3–А
Завдання 7.3
Зміна опору фоторезистора
Поясніть, чому опір фоторезистора збільшується при зменшенні освітленості, якщо раніше він був освітлений і містив багато вільних носіїв заряду.
Розв’язання
Коли фоторезистор освітлений, енергія фотонів розриває зв'язки, і кількість вільних носіїв заряду (електронів і дірок) зростає, що знижує опір.
При зменшенні освітленості світлових квантів стає менше, тому нових вільних носіїв не створюється.
Існуючі вільні електрони і дірки швидко «падають» назад у валентні зв'язки, відновлюючи кристалічну ґратку.
Кількість вільних носіїв заряду різко зменшується, що призводить до збільшення питомого опору матеріалу.
Відповідь:
Опір збільшується, оскільки при відсутності світла вільні електрони і дірки швидко повертаються у валентні зв'язки, значно зменшуючи кількість вільних носіїв заряду.
