Subiecte parțial materiale electrotehnice

1. Ce este o retea cristalina ideala? Definirea defectelor de retea. Expresia concentratiei de defecte Schottky.

Raspuns:

O retea cristalina ideala reprezinta o reproducere la mare distanta a unitatii structurale la 0K.

Defectele de retea reprezinta orice abatere de la structura ideala a retelei cristaline.

Exista 4 tipuri de defecte:

1. Defecte de volum

2. Defecte de suprafata – se produc la suprafata de contact dintre cristal si mediul inconjurator si la suprafetele dintre cristalitele care realizeaza cristalul

3. Defecte liniare – intreruperi ale liniilor reticulare (dislocatii)

4. Defecte punctuale – lipsa de ioni (vacante), defecte Schottky, defecte Frenkel

(o vacanta = lipsa de particule)

Defectul Schottky – este un defect simplu care consta in existenta unui nod vacant

Concentratia defectelor: , unde:

N – concentratia de noduri

N’ – concentratia de interstitii

- energia medie necesara unui defect Schottky

- energia medie necesara unui defect Frenkel

2. Importanta cunoasterii undei asociate electronului.

Raspuns: Unda asociata – nu are semnificatie fizica, nu transporta energie, nu gasim o interpretare fizica

- este o functie matematica complexa

- are semnificatia fizica patratul modulului ei

- patratul modului ei reprezinta densitatea probabilitatilor ca particular sa se afle in punctul M

- P=∫D |Ψ(λ)²dv Daca P=1->cu certitudine particular se afla in punctual M.

- E important sa cunoastem unda pentru a studia miscarea electronilor in cristal.

3. Teoriile electronilor legati, liveri si cvasiliberi: ipotezele de plecare si informatiile finale privind valorile energiei electronilor.

Electronii legati – nu se deplaseaza in interstii

-au stari care se presupun a fi descrise de functii de unde Hestler

-energia electronilor puternic legati este situata doar in benzi permise

Electronii liberi – se considera electronii care au parasit atomii si se deplaseaza in interstitii care formeaza gazul electronilor liberi

-nu interactioneaaza cu ionii pozitivi din retea

-se deplaseaza in cristal

-energia unui electron liber variaza parabolic cu numarul de unde

Electronii cvasiliberi – liberi in interstitii

-interactioneaza cu ionii din nodurile retelei

-au valori constante in interstitii si valori mai mari in vecinatatea nodurilor

-energiile lor sunt situate in interiorul unor benzi permise despartite de benzi interzise

4. Care sunt electronii din cristale ce pot participa la procesul de conductie electrica?

Electronii care pot participa la procesul de conductie electrica sunt aceia care au energia in invervalul limita Fermi.

5. Care este structura benzilor de energie ale conductoarelor, semiconductoarelor si izolatoarelor?

Izolatoarele - au banda interzisa fermic foarte mare3->9eV

-nu are electroni disponibili la un process de conductie

Semiconductoare - intrinseci au benzile de energie asemanatoare

izolatoarelor, dar banda interzisa Fermi este suficient de ingusta 10￣2 eV pentru a putea fi excaladata de un numar relative mare de electroni, stabilinduse astfel un curent electric neglijabil prin corp.

- extrinseci au banda interzisa Fermi relative larga 1.1eV la siliciu, 0.7eV la germanium. Prin dopare cu atomi de impuritati se pot realiza insa niveluri premise aditionale de tip donor sau receptor, situate in banda interzisa Fermi si care confera caracteristici superioare de conductie materialului.

Conductoare – nivelul WF trece prin mijlocul unei benzi premise deci contine electroni de conductie.

6. Expresia conductivitatii electrice a metalelor.

, unde:

-conductia electrica

-concentratia de electroni liberi

-modulul sarcinii electrice

-masa electronului

-intervalul parcurs de electron intre doua ciocniri

-viteza Fermi

7. Variatia conductivitatii electrice a metalelor cu temperatura, cu starea de agregare, cu solicitarile mecanice si cu continutul de impuritati.

8. Definitia starii de supraconductibilitate.

La temperaturi foarte joase (in general mai mici de 20 K) si in campuri magnetice slabe, a fost pusa in evidenta experimental, pentru anumite metale, starea de supraconductibilitate, caracterizata, mai ales, prin proprietatea ca, la stabilirea ei, rezistivitatea electrica a metalului se anuleaza(sau devine aproape nula).

Prin supraconductivitate se intelege fenomenul de anulare a rezistivitatii electrice a unui corp atunci cand temperature acestuia scade sub o valoare critica (Tc)(temperature de tranzitie) T<Tc, intensitatea campului magnetic in care se afla corpul este mai mica decat o vaoare critica (Hc)(B<Bo).