находиться не более одной частицы.
2.Бозоны не подчиняются принципу Паули: в любом квантовом состоянии может находиться неограниченное число частиц.
Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Тема 13. Квантовая статистика
Содержание
- 1. Тема 13. Квантовая статистика
- 2. 1.Фермионы подчиняются принципу Паули: в любом
- 3. §13.1. Фермионы. Электроны в металле. Распределение Ферми-Дирака
- 4. Классическая электронная теория металлов представляет твердый проводник
- 5. - Электроны являются фермионами и подчиняются
- 6. При температурах Т→0 заполнены все состояния с энергией Е< εF f(Ei)20εFEРассмотрим поведение электронного газапри Т=0 К
- 7. Энергия Ферми энергетический уровень, отделяющий заполненные уровни
- 8. 1. Оценим значение энергии Ферми: Классическому идеальному газу с Е=εF =3/2 kТ соответствует Т~104 К
- 9. Распределение электронов в металле по энергиям при разных температурах
- 10. εεFT = 0εF – уровень Ферми (энергия
- 11. EFЕр0AвыхАвых= Ер0 - EFЕр0 - глубина потенциальной ямы
- 12. §13.2. Термоэлектронная эмиссияТермоэлектронная эмиссия – испускание электронов
- 13. Слайд 13
- 14. Плотность тока насыщения определяется формулой Ричардсона — Дешмана:
- 15. Концентрация основных носителей тока в проводниках практически
- 16. СверхпроводимостьКаммерлинг Оннес (Нидерланды) в 1911 г. обнаружил,
- 17. 1. Эффект Мейсснера:Свойства сверхпроводниковМагнитное поле не проникает
- 18. 2. Температура, при которой происходит скачкообразный переход
- 19. сверхпроводникЛевитация магнита над СП
- 20. Основные направления использования СПОтсутствие электрического сопротивления позволяет
- 21. Магнитоплан – поезд на магнитном подвесеПрименение сверхпроводников : настоящее и будущее
- 22. Явление ЯМР состоит в резонансном поглощении электромагнитной
- 23. §13.4. Энергетические уровни в атоме и энергетические зоны в кристалле
- 24. εОбразование энергетических зон в кристалле«Расстояние» между уровнями
- 25. εРазрешенные и запрещенные зоны
- 26. §13.5. Распределение электронов
- 27. В зависимости от степени заполнения валентной зоны
- 28. εεдиэлектрикпроводникΔε – ширина запрещенной зоны (порядка нескольких
- 29. εдиэлектрикполупроводникΔε
- 30. §13.6. Полупроводники. Электроны и дырки в полупроводниках
- 31. εПолупроводники. T > 0При Т = 300
- 32. Δε ≤ 1эВεДоноры (5-вал.): P, As, SbΔεп~0,01эВТпер~120
- 33. Акцепторы (3-вал.): B, Al, Ga, In2. Полупроводники р –типа (дырочная проводимость) Δε ≤ 1эВεΔεп~0,01эВТпер~120 К
- 34. Скачать презентанцию
1.Фермионы подчиняются принципу Паули: в любом квантовом состоянии может находиться не более одной частицы. 2.Бозоны не подчиняются принципу Паули: в любом квантовом состоянии
Слайды и текст этой презентации
Слайд 21.Фермионы подчиняются принципу Паули: в любом квантовом состоянии может
Слайд 4Классическая электронная теория металлов представляет твердый проводник в виде системы,
состоящей из узлов кристаллической ионной решетки, внутри которой находится электронный
газ из коллективизированных (свободных) электронов.свободные электроны в металле расположены в потенциальной яме глубиной Ер0
Из решения уравнения Шрёдингера для электрона, находящегося в такой яме, следует, что его энергия может иметь только дискретные значения (энергетические уровни) Ei.
Слайд 5 - Электроны являются фермионами и подчиняются принципу Паули, согласно
которому каждый энергетический уровень заселяется не более чем двумя электронами
с противоположными спинами;Паули
Вольфганг Эрнст (1890–1958)
Австрийско-швейцарский физик-теоретик
Распределение Ферми-Дирака определяет среднее число фермионов в состоянии с энергией Ei
- энергетический спектр квазинепрерывный;
Слайд 6При температурах Т→0 заполнены все состояния с энергией Е< εF
f(Ei)
2
0
εF
E
Рассмотрим поведение
электронного газа
при Т=0 К
Слайд 7Энергия Ферми
энергетический уровень, отделяющий заполненные уровни от пустых при
Т = 0 К, называется энергией Ферми
n – концентрация свободных
электроновme - масса электрона
Слайд 81. Оценим значение энергии Ферми:
Классическому идеальному газу с Е=εF
=3/2 kТ соответствует Т~104 К
Слайд 10ε
εF
T = 0
εF – уровень Ферми (энергия Ферми)- максимальное значение
энергии электронов при Т=00 К
В многоэлектронной квантовой системе (например, в
металлическом кристалле)Энергия Ферми :
При температуре Т>0 часть электронов имеет энергию Е>εF
T > 0
Слайд 12§13.2. Термоэлектронная эмиссия
Термоэлектронная эмиссия – испускание электронов нагретыми твердыми (жидкими)
телами, происходящее в результате теплового возбуждения электронов в этих телах.
Интенсивность
ТЭ зависит от температуры и работы выхода электронов.На явлении термоэлектронной эмиссии основана работа электронных ламп, а также электронно-лучевых трубок и других приборов, имеющих в своём составе электронную пушку.
Слайд 15Концентрация основных носителей тока
в проводниках практически не зависит от
температуры: nосн ~ 1022 – 1023 1/м3
Рассеяние электронов на атомах
примеси и на узлах кристаллической решетки приводит к возникновению электросопротивления металлов.ρ = ρколеб +ρприм
(ρколеб сопротивление, обусловленное тепловыми колебаниями решетки)
ρ ~ ρ0 (1+αТ)
§13.3. Зависимость сопротивления проводников от температуры. Сверхпроводимость
Слайд 16Сверхпроводимость
Каммерлинг Оннес (Нидерланды) в 1911 г. обнаружил, что электросопротивление ртути
при Т=4,15 К скачкообразно обращается в нуль
T
Слайд 171. Эффект Мейсснера:
Свойства сверхпроводников
Магнитное поле не проникает в толщу сверхпроводника
вывод
о существовании незатухающих токов внутри сверхпроводника, которые создают внутреннее магнитное
поле, противоположно направленное внешнему, приложенному магнитному полю и компенсирующее его.
Слайд 182. Температура, при которой происходит скачкообразный переход в сверхпроводящее состояние,
называется критической.
(Т~40 К достигаются с помощью жидкого гелия,
Т~ 1000 К – с помощью жидкого азота)3. Сильное внешнее магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние: В=Вкр
Слайд 20Основные направления использования СП
Отсутствие электрического сопротивления позволяет использовать сверхпроводники для
эффективной передачи электроэнергии. Ограничивающим фактором является необходимость поддержания проводника при
низкой температуре, что само по себе требует энергозатратСоздание мощных электромагнитов (на транспорте, в медицине и пр.)
Слайд 22Явление ЯМР состоит в резонансном поглощении электромагнитной энергии, обусловленном магнетизмом
ядер. Отсюда вытекает очевидное название явления: ядерный - речь идет
о системе ядер, магнитный - имеются в виду только их магнитные свойства, резонанс - само явление носит резонансный характер.МРТ (ЯМР) томография
Слайд 24ε
Образование энергетических зон в кристалле
«Расстояние» между уровнями внутри зон ~10
– 23 эВ
в кристалле (N атомов)
В кристаллах энергетические спектр электронов
распадается на N (число атомов в кристалле) близких уровней
Слайд 26§13.5. Распределение электронов
по квантовым состояниям в
кристалле.Проводники и диэлектрики
Слайд 27В зависимости от степени заполнения валентной зоны электронами и ширины
запрещенной зоны кристаллы подразделяют на проводники (металлы), полупроводники и диэлектрики.
Слайд 28ε
ε
диэлектрик
проводник
Δε – ширина запрещенной зоны (порядка нескольких электрон-вольт)
Т=0
Зона проводи-мости
Условие массового
термического пере-хода электронов в зону проводимости диэлектрика:
При Δε=5эВ Т ~
105 KУсловие электрического пробоя диэлектрика: E ~ 108 В/м
kT ~ Δε.
Слайд 29ε
диэлектрик
полупроводник
Δε (5-10 эВ)
Δε
(ширина запрещенной зоны): для Ge - 0,72 эВ, для Si
- 1,09 эВε
Т=0
Слайд 31ε
Полупроводники. T > 0
При Т = 300 K концентрация электронов
в зоне проводимости n ~ 1017 1/м3, а уд. сопротивление
ρ~103 Ом ∙м;При Т=400 К - n ~ 1024 м-3, ρ~10-3 Ом∙м
( у металлов n ~ 1028 – 1029 1/м3)
дырки
Зависимость
удельного сопротивления ρ
чистого полупроводника
от абсолютной температуры
Слайд 32Δε ≤ 1эВ
ε
Доноры (5-вал.): P, As, Sb
Δεп~0,01эВ
Тпер~120 К
1. Полупроводники n
–типа (электронная проводимость)
(nнеосн ~ 1019 – 1020 1/м3)
Примесная проводимость полупроводников
Слайд 33Акцепторы (3-вал.): B, Al, Ga, In
2. Полупроводники р –типа (дырочная
проводимость)
Δε ≤ 1эВ
ε
Δεп~0,01эВ
Тпер~120 К
