Номер 18.11, страница 94 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 18. Полупроводники и полупроводниковые приборы - номер 18.11, страница 94.

Условие.

18.11. Почему сопротивление металла при нагревании увеличивается, а полупроводника — уменьшается?

Решение.

Сопротивление металлов

Электрический ток в металлах — это упорядоченное движение свободных электронов. Концентрация свободных электронов в металлах очень велика и практически не изменяется при нагревании. Электрическое сопротивление возникает из-за столкновений этих электронов с ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки.
При повышении температуры амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки увеличивается. Это приводит к тому, что электроны начинают сталкиваться с ионами чаще. Увеличение частоты столкновений затрудняет направленное движение электронов, что и означает увеличение электрического сопротивления.
Зависимость сопротивления металлов от температуры в определенном диапазоне можно описать линейной функцией: $R = R_0(1 + \alpha \Delta T)$, где $R_0$ — сопротивление при начальной температуре, $\Delta T$ — изменение температуры, а $\alpha$ — температурный коэффициент сопротивления, который для металлов является положительной величиной.

Ответ: При нагревании металла ионы в его кристаллической решетке колеблются сильнее, что увеличивает частоту столкновений с ними свободных электронов и, следовательно, повышает сопротивление.

Сопротивление полупроводников

В отличие от металлов, в полупроводниках при низких температурах свободных носителей заряда (электронов и дырок) очень мало. Электроны в основном связаны в ковалентных связях между атомами.
При нагревании полупроводника тепловая энергия разрывает некоторые из этих ковалентных связей. В результате этого процесса образуются свободные электроны и «дырки» (вакантные места с положительным зарядом), которые также могут перемещаться и создавать ток. Таким образом, при повышении температуры концентрация свободных носителей заряда в полупроводнике резко (экспоненциально) возрастает.
Хотя при нагревании, как и в металлах, колебания атомов в решетке усиливаются и рассеяние носителей заряда увеличивается (что способствует росту сопротивления), эффект от резкого увеличения числа самих носителей заряда является доминирующим. Значительное увеличение концентрации носителей заряда приводит к резкому уменьшению общего сопротивления полупроводника.

Ответ: При нагревании полупроводника происходит разрыв ковалентных связей и резкое увеличение концентрации свободных носителей заряда (электронов и дырок), что является главным фактором, приводящим к уменьшению его сопротивления.