Номер 3, страница 184 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 10. Электрический ток в газах, вакууме и полупроводниках. Параграф 50. Электрический ток в полупроводниках. Полупроводниковые приборы - номер 3, страница 184.

Условие.

3. Как зависят удельные сопротивления полупроводника и проводника от температуры (см. рис. 156)?

Рис. 156

Решение.

Решение

На представленном графике показана зависимость удельного сопротивления ($\rho$) от температуры ($\text{t}$) для двух типов материалов: металла (проводника) и полупроводника.

Проводники (металлы)

Для металлов наблюдается практически линейное увеличение удельного сопротивления с ростом температуры. Это объясняется следующим образом:
1. Носителями электрического тока в металлах являются свободные электроны, которые движутся между ионами, расположенными в узлах кристаллической решетки.
2. С повышением температуры увеличивается интенсивность тепловых колебаний ионов в узлах решетки.
3. В результате этого свободные электроны на своем пути чаще сталкиваются с колеблющимися ионами. Эти столкновения препятствуют упорядоченному движению электронов, что и приводит к увеличению электрического сопротивления.
Для не слишком большого диапазона температур эта зависимость описывается формулой:
$\rho = \rho_0(1 + \alpha(t - t_0))$
где $\rho$ — удельное сопротивление при температуре $\text{t}$, $\rho_0$ — удельное сопротивление при начальной температуре $t_0$, а $\alpha$ — температурный коэффициент сопротивления, который для металлов является положительной величиной ($\alpha > 0$).

Полупроводники

Для полупроводников, в отличие от металлов, удельное сопротивление с ростом температуры резко уменьшается (зависимость нелинейная, близкая к экспоненциальной). Это связано с иным механизмом электропроводности:
1. При низких температурах в полупроводниках практически нет свободных носителей заряда, так как все валентные электроны участвуют в образовании ковалентных связей.
2. При повышении температуры часть электронов получает достаточную тепловую энергию для разрыва ковалентных связей. В результате в полупроводнике появляются свободные носители заряда: электроны и «дырки» (вакантные места с положительным зарядом).
3. С дальнейшим ростом температуры количество таких разорванных связей, а значит, и концентрация свободных носителей заряда, резко (экспоненциально) возрастает.
4. Увеличение концентрации носителей заряда является доминирующим фактором, который приводит к значительному уменьшению удельного сопротивления, несмотря на то, что рассеяние носителей на колебаниях решетки также увеличивается.

Ответ: С повышением температуры удельное сопротивление проводников (металлов) линейно возрастает из-за увеличения рассеяния свободных электронов на тепловых колебаниях ионов кристаллической решетки. Удельное сопротивление полупроводников, наоборот, экспоненциально уменьшается, поскольку с ростом температуры резко увеличивается концентрация свободных носителей заряда (электронов и дырок).