Творите, страница 101, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Творите

Вам предоставили два образца. Какой опыт вы предложили бы для того, чтобы определить, который из них металл, а который — полупроводник?

Решение

Ключевое различие между металлами и полупроводниками, которое позволяет их отличить в простом эксперименте, заключается в характере зависимости их электрического сопротивления от температуры.

У металлов при повышении температуры сопротивление растёт. Это связано с тем, что тепловые колебания ионов кристаллической решётки усиливаются, что приводит к более частым столкновениям свободных электронов с ионами и, следовательно, к увеличению сопротивления движению тока.

У полупроводников, напротив, при повышении температуры сопротивление значительно уменьшается. Это объясняется тем, что с ростом температуры всё больше электронов получают энергию, достаточную для перехода из валентной зоны в зону проводимости. Это резко увеличивает концентрацию свободных носителей заряда (электронов и дырок), что является доминирующим фактором и ведёт к падению сопротивления.

Исходя из этого, можно предложить следующий опыт. Для его проведения понадобятся: омметр (или мультиметр в режиме измерения сопротивления), источник тепла (например, фен или сосуд с горячей водой) и сами два образца.

Сначала нужно измерить сопротивление ($R_1$) каждого образца при начальной, например, комнатной температуре. Затем следует нагреть оба образца и быстро измерить их новое сопротивление ($R_2$) при более высокой температуре.

После этого необходимо проанализировать результаты. Для металлов температурный коэффициент сопротивления $\alpha$ является положительной величиной ($\alpha > 0$), поэтому их сопротивление растёт с температурой. У полупроводников он отрицателен ($\alpha < 0$), поэтому их сопротивление падает.

Таким образом, образец, у которого сопротивление при нагревании увеличилось ($R_2 > R_1$), является металлом. Образец, у которого сопротивление при нагревании уменьшилось ($R_2 < R_1$), является полупроводником.

Ответ: Нужно измерить электрическое сопротивление каждого образца, затем нагреть их и снова измерить сопротивление. Образец, сопротивление которого при нагревании возрастёт, — это металл. Образец, сопротивление которого при нагревании уменьшится, — это полупроводник.