Фізичні властивості електронів

Електрон – це елементарна заряджена частинка, яка має:

· негативний заряд е = 1,6 10^-19 Кл;

· масу m₀ = 9,7 10^-31 кг;

· радіус r_е = 2,8 10^-15 м;

· питомий заряд е/m₀ = 1,759 10¹¹ Кл/кг

Жодна інша частинка не має такого великого значення е /m₀, як електрон. Тому його легко відрізнити від інших часток.

Електрони мають такі властивості:

1) в електричному полі вони зазнають дію самі і самі можуть створювати електричне поле;

2) відштовхуються один від одного;

3) рухомі електрони утворюють електричний струм. Отже, так само, як і електричний струм, що проходить по провіднику, потік електронів створює магнітне поле і в поперечному полі сам зазнає дію сили;

4) рухомі електрони мають кінетичну енергію, що дорівнює (m₀V²)/2. При зіткненні електронів з будь – яким тілом їх кінетична енергія перетворюється в теплову. При співударі рухомих електронів з нейтральними атомами кінетична енергія електронів може також витрачатися на іонізацію або збудження атомів;

5) завдяки великому значенню е/m₀електрон має велику рухливість.

Електрони мають подвійну природу. Згідно квантової теорії електрони мають властивості не тільки матеріальних частинок (корпускул), а й хвильові. Електронам, як і світловим променям властиве явище дифракції, тобто огинання хвилями перешкоди, що стоїть на їхньому шляху. В більшості електронних приладів хвильові властивості електронів не виявляються і потік електронів розглядають як рух матеріальних часток.

Робота виходу електронів

Розподілення Фермі

При температурі абсолютного нуля (Т = 0 К) і відсутності інших джерел збудження електрони в атомах будь-якої речовини займають рівні з найменшою енергією. В провідниках, які мають високу концентрацію електронів в зоні провідності, розподілення електронів за величинами енергії зображають графіком, названим розподіленням Фермі (рис. 6). По осі абсцис відкладають значення енергії, а по осі ординат – кількість електронів.

Рис. 6 Графік розподілення електронів за величинами енергії в зоні провідності (розподілення Фермі).

Із графіка видно, що при температурі абсолютного нуля (крива 1) відсутні електрони, що мають енергію більшу за W_F (рівень Фермі). Величина W_F залежить від фізичних властивостей матеріалу і визначається за формулою:

W_F= h²/2m (3 N/8p)^2/3 = 3,64 10^-15N^2/3, (7)

де h – постійна Планка;

m_е– маса електрона;

N – число вільних електронів в 1 см³ провідника (концентрація).

Звідси, знаючи концентрацію вільних електронів N можна вирахувати енергію Фермі. В металах N» 10²² .....10²³. Для вольфраму, наприклад

N = 1,26 10²³ 1/см³, тоді W_F = 8,95 еВ.

Дослідити показують, що величина енергії W_F слабо залежить від температури. Чим вища температура (крива 2), тим більше появляється електронів, що мають енергію дещо вищу за W_F, причому максимум кривої розподілення зсувається вліво.

Поиск по сайту: