Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 12 kết nối Bài 12: Vùng năng lượng của tinh thể chất rắn

CHÀO MỪNG CẢ LỚP ĐẾN VỚI BÀI HỌC MỚI

KHỞI ĐỘNG

Đặt vấn đề

Tại sao cùng chịu tác dụng nhiệt mà có những vật dẫn điện tốt hơn trong khi vật khác lại dẫn điện kém đi?

Khi bị đốt nóng, dây đồng sẽ dẫn điện kém đi trong khi silic lại dẫn điện tốt hơn.

BÀI 12: VÙNG NĂNG LƯỢNG CỦA TINH THỂ

kenhgiaovien

/

• Bài giảng và giáo án này chỉ có duy nhất trên kenhgiaovien.com
• Bất cứ nơi nào đăng bán lại đều là đánh cắp bản quyền và hưởng lợi bất chính trên công sức của giáo viên.
• Vui lòng không tiếp tay cho hành vi xấu.

Zalo: 0386 168 725

NỘI DUNG BÀI HỌC

Vùng năng lượng trong tinh thể chất rắn

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính dẫn điện của kim loại và bán dẫn

III.

Sự thay đổi điện trở của điện trở quang theo cường độ ánh sáng

VÙNG NĂNG LƯỢNG TRONG TINH THỂ CHẤT RẮN

Nếu nguyên tử liên kết với nguyên tử khác để thành phân tử thì số lượng electron cho mỗi mức năng lượng sẽ tăng lên hay giảm đi?

Số lượng electron tăng lên yêu cầu thêm các mức năng lượng mới, vì mỗi mức chỉ chứa được số electron hữu hạn. Để phân tử tồn tại, cần các mức năng lượng mới xuất hiện gần mức năng lượng của nguyên tử cô lập ban đầu.

Trả lời

Nếu có rất nhiều nguyên tử liên kết với nhau tạo thành mạng tinh thể thì các mức năng lượng được phép sẽ được phân bố như thế nào?

Phải có thêm rất nhiều mức năng lượng sát nhau để cho nhiều electron có thể tồn tại.

GHI NHỚ

Trong nguyên tử cô lập: electron chỉ tồn tại ở các mức năng lượng gián đoạn xác định. Mỗi một mức năng lượng chỉ được phép tồn tại không quá một số lượng electron xác định.

GHI NHỚ

Trong tinh thể chất rắn: tồn tại những dải các mức năng lượng được phép, gọi là vùng năng lượng.

• Vùng năng lượng chỉ xuất hiện trong tinh thể chất rắn chứ không có trong chất khí hay nguyên tử cô lập.

Biểu diễn độ lớn của năng lượng

Các trạng thái năng lượng được phép giới hạn bởi các hình chữ nhật

Vùng năng lượng nằm giữa các vùng được phép được gọi là vùng cấm

Năng lượng của electron được phân bố theo từng mức năng lượng cách biệt.

Trong nguyên tử cô lập

Các mức năng lượng được phân bố thành từng dải năng lượng, mỗi dải gồm nhiều mức năng lượng rất sát nhau.

Trong tinh thể chất rắn

Sự phân bố năng lượng của electron trong chất rắn khác với sự phân bố năng lượng của nó trong nguyên tử cô lập như thế nào?

Hãy chỉ ra những vị trí trên Hình 12.2 mà electron được phép tồn tại và những vị trí mà electron không được phép tồn tại.

Những vị trí trong ô chữ nhật tô màu xanh (vùng được phép) là những vị trí mà các electron được phép tồn tại.

Khoảng cách giữa các vùng tô màu xanh (vùng cấm) là những vị trí mà electron không được phép tồn tại.

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA KIM LOẠI VÀ BÁN DẪN

Vật dẫn muốn dẫn điện tốt thì phải có điều kiện gì?

Trả lời

Vật dẫn dẫn điện tốt khi có mật độ hạt mang điện tự do cao và các hạt này ít bị cản trở trong chuyển động dưới tác dụng của điện trường.

Ở các nút mạng là các ion hoặc nguyên tử. Chúng chỉ dao động quanh vị trí cân bằng mà không chuyển động tự do, nhiệt độ càng cao thì chúng dao động càng mạnh. Dao động của nút mạng sẽ cản trở sự di chuyển của các hạt mang điện tự do.

Cấu tạo của tinh thể chất rắn

Sơ đồ vùng năng lượng của kim loại và bán dẫn

• Vùng dẫn là vùng trống hoàn toàn hoặc bị electron chiếm một phần.
• Các electron khi nằm ở vùng dẫn sẽ là các electron tự do.

• Ở trạng thái cơ bản, vùng dẫn của kim loại chứa sẵn electron tự do trong khi vùng dẫn của bán dẫn để trống.
• Vùng cấm của kim loại được xem như bằng 0 (không có vùng cấm) trong khi vùng cấm của bán dẫn rất hẹp.

Tính dẫn điện

• Kim loại có sẵn electron ở vùng dẫn nên kim loại dẫn điện tốt.
• Bán dẫn không có sẵn electron trên vùng dẫn nên bán dẫn dẫn điện kém.

Hãy chỉ ra nguyên nhân làm thay đổi điện trở trong kim loại và bán dẫn khi nhiệt độ của chúng thay đổi.

Hoạt động (SGK – tr65)

Gợi ý trả lời:

• Khi nhiệt độ tăng lên thì các nút mạng của kim loại và bán dẫn sẽ dao động thế nào?
• Khi nhiệt độ tăng lên thì số lượng các electron tự do của kim loại và bán dẫn sẽ thay đổi thế nào?

Trả lời

Nguyên nhân thay đổi điện trở theo nhiệt độ:

• Kim loại: Nhiệt độ tăng làm ion mạng dao động mạnh hơn, tăng va chạm với electron tự do, dẫn đến điện trở tăng.
• Bán dẫn: Nhiệt độ tăng làm tăng nồng độ hạt dẫn, giảm điện trở, mặc dù dao động nút mạng cũng tăng, nhưng tác động giảm điện trở chiếm ưu thế.

KẾT LUẬN

• Kim loại là vật liệu có tính dẫn điện rất tốt, độ dẫn của nó giảm khi nhiệt độ tăng.
• Bán dẫn là vật liệu có tính dẫn điện kém, độ dẫn của nó tăng khi nhiệt độ tăng. Cả hai vật liệu này thường có cấu trúc dạng tinh thể.

SỰ THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ CỦA ĐIỆN TRỞ QUANG THEO CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG

Mô tả cấu tạo của điện trở quang.

Điện trở quang được cấu tạo từ một lớp màng mỏng bán dẫn, khi được chiếu sáng thì các electron ở vùng hoá trị cũng có thể nhận được năng lượng đủ lớn để chuyển lên vùng dẫn.

Hãy giải thích sự thay đổi điện trở của điện trở quang khi nó được chiếu sáng.

Khi được chiếu sáng, electron hóa trị trong bán dẫn hấp thụ năng lượng từ ánh sáng, chuyển lên vùng dẫn và tạo lỗ trống trong vùng hóa trị. Cả electron tự do và lỗ trống tham gia dẫn điện, làm giảm điện trở của điện trở quang. Ánh sáng càng mạnh, hạt dẫn tạo ra càng nhiều, nên điện trở giảm càng lớn.

Trả lời

--------------------------------------

--------------------- Còn tiếp ----------------------