Objetivo de Aprendizagem
- Aplicar o conceito de banda teoria para explicar o comportamento dos condutores.
Pontos-Chave
- Um condutor é um material que contém móveis, cargas elétricas.
- em condutores metálicos, tais como cobre ou alumínio, as partículas carregadas móveis são elétrons, embora em outros casos possam ser íons ou outras espécies positivamente carregadas.
- a teoria das bandas, onde os orbitais moleculares de um sólido se tornam uma série de níveis de energia contínua, pode ser usada para explicar o comportamento de condutores, Semicondutores e isoladores.Os condutores mais conhecidos são metálicos.
Termos
- metalAny de um número de elementos químicos na tabela periódica que forma uma ligação metálica com outros átomos de metal; geralmente brilhante, um pouco maleável e difícil, muitas vezes, um condutor de calor e eletricidade.
- molecular orbitalThe comportamento mecânico quântico de um elétron em uma molécula descrevendo a probabilidade da posição particular do elétron e energia; aproximado por uma combinação linear de orbitais atômicos.
- voltagea quantidade de potencial electrostático entre dois pontos no espaço.Um condutor é um material que contém cargas eléctricas móveis. Em condutores metálicos, tais como cobre ou alumínio, as partículas carregadas móveis são elétrons. Cargas positivas também podem ser móveis, como o eletrólito catiônico de uma bateria ou os prótons móveis do condutor de prótons de uma célula de combustível. Os isoladores são materiais não condutores com poucas cargas móveis; eles carregam apenas correntes elétricas insignificantes.
ao descrever condutores usando o conceito de teoria das bandas, é melhor concentrar-se nos condutores que conduzem electricidade usando electrões móveis. De acordo com a teoria das bandas, um condutor é simplesmente um material que tem a sua banda de Valência e a sua banda de condução sobrepondo-se, permitindo que os electrões fluam através do material com uma tensão mínima aplicada.Na física do Estado Sólido, a estrutura de banda de um sólido descreve as gamas de energia, chamadas faixas de energia, que um elétron dentro do sólido pode ter (“bandas Permitidas”) e gamas de energia chamadas intervalos de banda (“bandas proibidas”), que pode não ter. A teoria das bandas modela o comportamento dos elétrons em sólidos postulando a existência de bandas de energia. Ele usa com sucesso a estrutura de banda de um material para explicar muitas propriedades físicas de sólidos. Bandas também podem ser vistas como o limite de larga escala da teoria orbital molecular.
the electrons of a single isolated atom occupy atomic orbitals, which form a discrete set of energy levels. Se vários átomos são reunidos em uma molécula, seus orbitais atômicos se dividem em orbitais moleculares separados, cada um com uma energia diferente. Isto produz um número de orbitais moleculares proporcionais ao número de elétrons de Valência. Quando um grande número de átomos (1020 ou mais) são reunidos para formar um sólido, o número de orbitais torna-se excessivamente grande. Consequentemente, a diferença de energia entre eles torna-se muito pequena. Assim, em sólidos os níveis formam bandas contínuas de energia ao invés dos níveis discretos de energia dos átomos em isolamento. No entanto, alguns intervalos de energia não contêm orbitais, formando intervalos de banda. Este conceito torna-se mais importante no contexto de semi-condutores e isoladores .
condutores, Semicondutores e isoladores à esquerda, um condutor (descrito como um metal aqui) tem suas bandas vazias e bandas cheias se sobrepondo, permitindo que elétrons excitados fluam através da banda vazia com pouca tensão (voltagem). Semicondutores e isoladores têm uma maior e maior diferença energética entre a banda de Valência e as bandas de condução, exigindo uma maior voltagem aplicada para que os elétrons fluam. dentro de uma faixa de energia, os níveis de energia podem ser considerados como um contínuo próximo por duas razões.:
- a separação entre os níveis de energia num sólido é comparável com a energia que os electrões trocam constantemente com fonões (vibrações atómicas).Esta separação é comparável com a incerteza energética devido ao princípio da incerteza de Heisenberg por intervalos de tempo razoavelmente longos. Como resultado, a separação entre os níveis de energia não tem qualquer consequência.
condutores
todos os condutores contêm cargas eléctricas, que se movem quando uma diferença de potencial eléctrico (medida em volts) é aplicada em pontos separados do material. Este fluxo de carga (medido em amperes) é o que é referido como corrente elétrica. Na maioria dos materiais, a corrente contínua é proporcional à tensão (determinada pela lei de Ohm), desde que a temperatura permaneça constante e o material permaneça na mesma forma e estado.
os condutores mais conhecidos são metálicos. Cobre é o material mais comum usado para cablagem elétrica . Prata é o melhor maestro, mas é caro. Como o ouro não corrói, é usado para contatos de alta qualidade de superfície a superfície. No entanto, existem também muitos condutores não metálicos, incluindo grafite, soluções de sais e todos os plasmas. Até há polímeros condutores.
condutividade térmica e Eléctrica muitas vezes andam juntas. Por exemplo, o mar de elétrons faz com que a maioria dos metais a atuar tanto como condutores elétricos e térmicos. No entanto, alguns materiais não metálicos são condutores elétricos práticos sem serem bons condutores térmicos.
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