Νανοηλεκτρονικές Διατάξεις (ΕΕΕ.8-3.6)

1. Δυνάμεις σε στερεά. Κίνηση μορίων στα στερεά και στα αέρια

Ανοίξτε την ιστοσελίδα

https://concord-consortium.github.io/lab/interactives.html#interactives/samples/3-100-atoms.json

Επιλέξτε την εφαρμογή

Charged and Neutral Atoms

Θα χρησιμοποιήστε αυτή την εφαρμογή για να καταλάβετε γιατί τα ιόντα αυτό- οργανώνονται σε γεωμετρικές θέσεις.

Ξεκινήστε με τις δυνάμεις van der Walls. Οι δυνάμεις van der Wals είναι δυνάμεις μεταξύ μορίων. Δεν απαντιούνται στα μέταλλα ή τους ημιαγωγούς. Αλλάξτε τα κουμπιά van der Walls attraction και Temperature για να καταλάβετε πώς επιδρούν στις δυνάμεις μεταξύ των μορίων και την κατάσταση (στερεό, υγρό, αέριο). Επαναφέρετε τα κουμπιά στις αρχικές τους θέσεις (περίπου).

Οι δυνάμεις Van der Waals είναι ένα είδος ενδομοριακών δυνάμεων. Περιγράφουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων και όχι μεταξύ των ατόμων εντός μορίων. Αυτές οι ενδομοριακές δυνάμεις συμβάλλουν καθοριστικά στις δυνάμεις συνοχής και την κατάσταση (στερεό, υγρό αέριο) των μοριακών ενώσεων.

Οι δυνάμεις Van der Waals εμφανίζονται μεταξύ των μη πολικών μορίων. Τα μη πολικά μόρια, παρουσιάζουν διακυμάνσεις στα ηλεκτρονιακά νέφη τους. Αυτές οι διακυμάνσεις, αν και προσωρινές, οδηγούν στη δημιουργία επαγόμενων διπόλων. Η ταυτόχρονη εμφάνιση επαγόμενων διπόλων σε γειτονικά μόρια δημιουργεί τις προϋποθέσεις για αξιοσημείωτες έλξεις, αποτελώντας τη βάση των δυνάμεων Van der Waals. 

Η ισχύς των δυνάμεων Van der Waals εξαρτάται από την κατανομή των ηλεκτρονίων στο εσωτερικό των μορίων.  Όταν συμβαίνουν προσωρινές διακυμάνσεις στην κατανομή των ηλεκτρονίων, δημιουργούν στιγμιαία δίπολα στα μόρια, δημιουργώντας τις προϋποθέσεις για ελκτικές αλληλεπιδράσεις.

Προχωρήστε τη δουλειά σας απαντώντας τις παρακάτω ερωτήσεις:

Ερώτηση 1 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Τι είδους δυνάμεις είναι οι van der walls;

Ερώτηση 2 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Ανάμεσα σε ποιο είδος μορίων εμφανίζονται οι δυνάμεις Van der Waals;

Ερώτηση 3 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Πώς μεταβάλλονται οι δυνάμεις Van der Waals με την απόσταση;

Ερώτηση 4 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Ποιος παράγοντας καθορίζει την ισχύ των δυνάμεων Van der Waals μεταξύ των μορίων;

Ερώτηση 5 (Ελεύθερου Κειμένου — 1 βαθμός) 

Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία τις δυνάμεις van der Walls; Χρησιμοποιείστε το Tempetature που υπάρχει στην εφαρμογή για να καταλάβετε

Ερώτηση 6 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Ρυθμίστε την θερμοκρασία στην ελάχιστη τιμή και επιλέξτε κάτω αριστερά την επιλογή Charge. Οι δυνάμεις μεταξύ ιόντων σε στερεά είναι:

Ερώτηση 7 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Σε ποιο βασικό νόμο οφείλεται η τοποθέτηση των ιόντων σε γεωμετρικές θέσεις στον κρύσταλλο;

Ερώτηση 8 (Ελεύθερου Κειμένου — 1 βαθμός) 

Είδατε στην εφαρμογή μια ανωμαλία σαν αυτή που δείχνει η εικόνα; Περιγράψτε την. Μπορείτε να την εξαφανίσετε παίζοντας με την θερμοκρασία; Γράψτε το συμπέρασμά σας.

Ερώτηση 9 (Αντιστοίχιση — 1 βαθμός) 

Αντιστοιχίστε τα γράμματα A, B, C με τα ονόματα των ανωμαλιών. Ψάξτε όπου θέλετε για να βρείτε την απάντηση.

Στήλη Α Κάντε την αντιστοιχία Στήλη B
1. Άτομο πρόσμειξης σε ενδιάμεση θέση Intersticial impurity
A. Α
2. Άτομο πρόσμειξης σε θέση αντικατάστασης Substitution impurity
B. Β
3. Πλεγματικό κενό Vacancy
C. C

Ερώτηση 10 (Ελεύθερου Κειμένου — 1 βαθμός) 

Από την ιστοσελίδα που βρισκόσαστε, διαλέξτε την εφαρμογή Molecular view of a Gas https://concord-consortium.github.io/lab/interactives.html#interactives/sam/phase-change/2-two-types-of-gases.json . Η εφαρμογή περιγράφει την κίνηση των ατόμων ενός αερίου. Πατήστε την επιλογή Trace a random atom. Περιγράψτε την μορφή της τροχιάς

Ερώτηση 11 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Τι είναι ανάλογο της ΑΠΟΛΥΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ;

Ανοίξτε την εφαρμογή   The Temperature-Pressure Relationship. Παρατηρείστε την κίνηση των μορίων. Αυξήστε την θερμοκρασία και παρατηρείστε πώς αλλάζει η κίνηση των μορίων.

Ερώτηση 12 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Η σταθερά Boltzmann είναι ο συντελεστής αναλογίας που συνδέει

Ερώτηση 13 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Η θερμική ενέργεια των μορίων είναι

Ερώτηση 14 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Τι είναι ίσο με 25meV;

Ερώτηση 15 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) — 1 βαθμός) 

Η μέση θερμική ενέργεια ανά μόριο είναι kT. Υπολόγισε την τιμή της σταθερά Boltzman στους 300Kelvin σε meV/Kelvin