تأثیر دما بر رسانا، نارسانا و نیمرسانا
حال ببینیم گرما و تغییر دما روی رسانندگی رسانا و نیمرسانا چه تأثیری می گذارد. در واقع در هنگام تغییر دما یك تفاوت مهم و اساسی بین رسانا و نیمرسانا روی می دهد.
وقتی رسانایی را گرم می كنیم (و دمای آن افزایش می یابد) علی رغم افزایش الكترون های آزاد می بینیم كه رسانندگی اش كاهش می یابد (مقاومت ویژه اش زیاد می گردد).
به نظر شما چرا چنین می شود؟
علت آن است كه افزایشِ دمایِ رسانا باعث افزایش تحرّك اتم ها می شود و تحرّك بیشتر اتم ها مانع بیشتری سر راه حركت الكترون ایجاد می كند و بدین ترتیب رسانندگی رسانا كاهش می یابد.
برای درك بهتر این موضوع، باز می توانیم سراغ حیاط شلوغ برویم با این تفاوت كه شما در عبور از یك طرف حیاط به طرف دیگر آن، با جنبش بیشتر دانش آموزان مواجه شوید. مطمئناً این بار عبور شما سخت تر خواهد بود.
اما ببینیم برای نیمرسانا چه اتفاقی می افتد؟
رسانندگی الكتریكی نیمرسانا با افزایش دما، افزایش می یابد (مقاومت ویژه آن كاهش می یابد)
به نظر شما چرا این گونه است؟
چرا نیمرسانا با افزایش دما رفتاری متفاوت با رسانا از خود نشان می دهد؟
افزایش دمای نیمرسانا باعث افزایش تحرّك اتم ها و افزایش ممانعت برای عبور الكترون ها می شود. اما از طرف دیگر باعث افزایش تعداد الكترون های آزاد نیز می گردد.
به عبارتی گرما انرژی لازم برای آزاد شدن تعدادی الكترون از قید هسته را فراهم می كند و این چنین تعداد الكترون های رسانش و به تبع آن رسانندگیِ الكتریكیِ نیمرسانا طوری افزایش می یابد كه بر كاهش رسانندگیِ ناشی از تحرّكِ بیشترِ اتم ها غلبه می كند و در مجموع رسانندگیِ نیمرسانا در اثر افزایش دما، افزایش می یابد (مقاومت ویژه آن كاهش می یابد).
از طرف دیگر با كاهش دما تعداد الكترون های رسانش طوری كاهش می یابد كه تحرّك كمتر اتم ها هم نمی تواند جلوی كاهش رسانندگی (افزایش مقاومت) را بگیرد.
در مقابل، در رسانا با كاهش دما باز تعداد خیلی زیادی از الكترون های آزاد وجود دارند كه نقش انتقال بار الكتریكی را به عهده بگیرند و با توجه به تحرّك كمتر اتم ها به راحتی می توانند از بین اتم ها عبور كنند و این موضوع باعث افزایش رسانندگی (و كاهش مقاومت) می گردد.
حال باید دید كه چگونه الكترون های آزادِ نیمرسانا با افزایشِ دما افزایش می یابد؟ برای بررسی چنین موضوعی باید سراغ نظریه نواری که در مبحث آینده به آن خواهیم پرداخت، برویم.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی
تنظیم: مریم فروزان کیا
