Νανοηλεκτρονικές Διατάξεις (ΕΕΕ.8-3.6)

2. Ευκίνητα ηλεκτρόνια, θερμική ταχύτητα

Η κίνηση των ευκίνητων ηλεκτρονίων στα μέταλλα και τους ημιαγωγούς, είναι ίδια με την κίνηση των μορίων στα αέρια. Γι' αυτό το λόγο χρησιμοποιούμε τον όρο "αέριο των ελευθέρων ηλεκτρονίων" ή "νέφος ηλεκτρονίων". Θα συγκρίνουμε την μέση ταχύτητα των ευκίνητων ηλεκτρονίων σε ένα μέταλλο με την μέση ταχύτητα των μορίων του αζώτου σε ένα αέριο. Και τα δύο βρίσκονται σε Τ=300Κ. Η διαφορά τους οφείλεται στις διαφορετικές μάζες τους. Η εξίσωση που δίνει τη λύση είναι η (mυ²)/2=k_BT

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

Υπολογίστε πόσες φορές είναι μεγαλύτερη η μέση θερμική ταχύτητα ενός ηλεκτρονίου σε ένα μέταλλο από την μέση θερμική ταχύτητα ενός μορίου αζώτου στους 300Κ.

m_e=9,1x10^-31 kgr, το πρωτόνιο είναι 1836 φορές βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο, A=14 (μαζικός αριθμός του ατόμου του αζώτου), το άζωτο είναι διατομικό. Η άσκηση σας ζητάει να υπολογίσετε το πηλίκο της μέσης ταχύτητας του ηλεκτρονίου δια την μέση ταχύτητα του μορίου αζώτου.

2270 φορές

22,7 φορές

227 φορές

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

Πηγαίνετε στην εφαρμογή https://concord-consortium.github.io/lab/interactives.html#interactives/sam/gas-laws/5-temperature-pressure-relationship.json . Η εφαρμογή έχει σχεδιαστεί για να δείξει την κίνηση των μορίων ενός αερίου, όμως περιγράφει το ίδιο καλά την κίνηση των ευκίνητων ηλεκτρονίων ενός μετάλλου. Εάν εφαρμόσουμε τάση 1Volt στα άκρα ενός αγωγού, η θερμική ταχύτητα θα...

... αυξηθεί

... μειωθεί

... θα μείνει ίδια

Ερώτηση 3 (Πολλαπλής Επιλογής (Πολλαπλές Απαντήσεις) — 1 βαθμός)

Αυτή η ερώτηση ασχολείται με τις έννοιες της θερμικής ταχύτητας και της θερμικής ενέργειας. Γράψτε σε ένα χαρτί τις εξισώσεις τους και σημειώστε τις σωστές προτάσεις

Η μέση θερμική ενέργεια των ευκίνητων ηλεκτρονίων είναι ίδια σε όλα τα μέταλλα που βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία

Η μέση θερμική ταχύτητα των ευκίνητων ηλεκτρονίων ενός μετάλλου είναι ανάλογη της θερμοκρασίας

Η μέση θερμική ταχύτητα των ευκίνητων ηλεκτρονίων ενός μετάλλου είναι ανάλογη της τετραγωνικής ρίζας της μέσης θερμικής ενέργειας

Η μέση θερμική ταχύτητα των ευκίνητων ηλεκτρονίων ενός μετάλλου είναι ανάλογη της θερμικής ενέργειας

Η μέση θερμική ταχύτητα των ηλεκτρονίων ενός ημιαγωγού είναι πολύ μικρότερη από την μέση θερμική ταχύτητα των ηλεκτρονίων ενός μετάλλου που βρίσκεται στην ίδια θερμοκρασία

Η θερμική κίνηση των ευκίνητων ηλεκτρονίων ενός μετάλλου δεν παίζει κανένα ρόλο όταν ο αγωγός διαρρέεται από ρεύμα

Σε ένα αγωγό εφαρμόζεται εξωτερική τάση. Η ταχύτητα με την οποία κινούνται τα ευκίνητα ηλεκτρόνια από τον αρνητικό στον θετικό πόλο είναι ίση με την θερμική ταχύτητα.

Σε ένα αγωγό που εφαρμόζεται εξωτερική τάση, τα ευκίνητα ηλεκτρόνια έχουν δύο ταχύτητες