Электргузаронӣ дар диэлектрикҳо, нимноқилҳо ва фулузот вобаста ба ҳарорат
Ҳарорати электргузаронӣ дар диэлектрикҳо, нимноқилҳо ва фулузот бо василаҳои гуногун амалӣ мегардад. Конденсаторро то ягон фарқи потенсиал 0 заряднок карда, онро аз манбаи ҷараён ҷудо мекунем. Агар фазои байни лавҳаҳоро (пластинаҳоро) бо диэлектрик пур кунем, фарқи потенсиалҳо то қимати 0 кам мешавад, агарчи заряд дар лавҳаҳо (пластинаҳо) тағйир намеёбад.
Аз ин ҷо бармеояд, ки шадидияти майдон дар диэлектрик Е= аз шадидияти майдон дар хало (вакуум) Е0 = камтар аст. Нисбати шадидияти майдон дар хало (вакуум) Е0 бо шадидияти майдон дар диэлектрик Е нуфузпазирии диэлектрикии модда номида мешавад.
=
– бузургии воҳид аст.
Шадидияти майдон дар хало (вакуум) бо бузургии зарядҳо дар лавҳаҳои (пластинаҳои) конденсатор муайян мешавад:
=
ки – зичии сатҳии электрикии озод аст.
Сабаби камшавии шадидияти майдон дар диэлектрик пайдо шудани заряди қутбнокшуда (поляризатсионӣ) бо зичии сатҳии дар таҳти таъсири майдони электрикӣ аст. Он гоҳ :
Е =
Пайдоиши заряди қутбнокшуда (поляризатсионӣ) дар диэлектрик дар таҳти таъсири майдони электрикии беруна, қутбнокшавии диэлектрик номида мешавад.
Моҳияти ҳодисаи қутбнокшавӣ дар он аст, ки зарраҳои (атом ё молекула) диэлектрик ба моменти диполӣ соҳиб мешаванд, ки он ба самти майдони беруна равона шудааст. Дараҷаи қутбнокии диэлектрикро вектори қутбнокшавӣ (Р) тавсиф медиҳад. Вектори қутбнокшавӣ гуфта, моменти диполии воҳиди ҳаҷми диэлектрики қутбнокшударо меноманд.
Барои ҳисоб намудани Р суммаи вектории моментҳои диполии тамоми молекула ё атомҳои воҳиди ҳаҷми диэлектрикро ёфтан лозим аст,
= n
ки дар ин ҷо n – консентратсияи молекула ё атомҳои диэлектрик аст. Воҳиди бо воҳиди зичии сатҳи заряд якхела аст (Кл/м2).
Тавре дар боло қайд намудем дар атоми ойиқшуда (изолятсия), ҳар як зермадор адади муайяни электронҳоро соҳиб аст. Ҳангоми наздик шудани атомҳо спектри электрон бо куллӣ тағйир меёбад. Аз мадори локалии атомҳои изолятсияшуда зонаҳо ҳосил мешаванд, ки барои ҳамаи кристалл ягона мебошад, вале дар натиҷа адади умумии электронҳо, дар зермадорҳои додашудаи атоми кристалли ҳосилшуда метавонанд ҷойгир шуда, бетағйир монанд. Агар барои атоми қутбнокшуда (поляризатсионӣ), ин адад -ро ташкил диҳад (барои S – зермадор = 1, барои Р – зермадор = 3 ва ғайра) ва адади атомҳо дар кристалл N бошад, он гоҳ зонаи мувофиқ аз 2N ҳолат иборат аст, ки онҳо ҷуфт – ҷуфт ба ҳамдигар бисёр наздик, яъне яке дар зери дигаре ҷойгиранд. Дар ин баробари ба ҳар як ҳолат, ҳолати дигар мувофиқ меояд, ки дар он электрон ҳамон гуна энергияе дорад, вале ба самти муқобил ҳаракат мекунад. Ҳамин тариқ адади электронҳое, ки онҳоро метавонанд дар зонаи додашуда ҷойгир шаванд ба адади умумии «ҷойҳо» дар сатҳи атомҳои изолятсияшуда, ки аз онҳо вай ташкил ёфтааст, баробар мебошад.
Кайд намудан зарур аст, ки мадорҳои дохили дар атоми ойиқшуда (изолятсия) бо электрон пур шудаанд: азбаски адади ҷойҳо дар зонаи кристалл ҳамин гуна қарор гирифта, пас ин шартҳо бояд дар зонаҳои мувофиқи нигоҳ дошта шавад.
Аз ин ҷо хулосаи муҳим мебарояд: электронҳои мадорҳои дохилӣ ҷараёни электрикиро гузаронида наметавонанд. Дар ҳақиқат, ҳар як сатҳи энергетикӣ мавқеъи ду электрон ҷойгир мебошад, ки онҳо ба самтҳои ба ҳам муқобил ҳаракат мекунанд, аз ин ҷо бар меояд, ки ҷараёни натиҷавии онҳо ба сифр баробар аст.
Ба таври дигар кор дар мавқеъи аз ҳама болои сурат мегирад, чунки вай аз савияҳое ҳосил шудааст, ки дар онҳо электронҳои валентӣ ҷойгир мебошанд. Ҷараёнгузаронии кристаллҳо асосан бо дараҷаи пур шудани мавқеъи валентӣ ва масофаи вай то мавқеъи ҳудуди оянда муайян карда мешавад.
Ҳолатеро дида мебароем, ки вай дар ҳақиқат вомехӯрд ва ҷисмҳои сахтро ба диэлектрик, нимноқил ва фулуз (металл) ҷудо мекунад.
Мавқеъи валентӣ пурра шуда, масофаи мавқеъи оянда бағоят калонро доранд, ки инҳо диэлектрикҳо мебошанд. Дар ин ҳолат зонаи валентӣ ҳеҷ фарқ намекунад. Формулировкаи «масофа то мавқеъи оянда бағоят калон аст» саҳеҳии андохтан талаб мекунад.
Дар бораи характери ҳаракати гармии атомҳо дар ҷисмҳои сахт ва газҳо гуфтан лозим аст, чунки онҳо аз ҳамдигар фарқ мекунанд.
Дар ҳароратҳои кифоя баланд = КТ буда ва дар ҳарорати хонагӣ 0,04 эВ-ро ташкил медиҳад (1эВ-ин энергияи кинетикие мебошад, ки онро электрон дар майдони электрикии фарқи потенсиалиаш 1 В баробар буда, соҳиб мешавад), вале энергияи кинетикии атомҳои танҳо ба ҳисоби миёна ба КТ баробар аст.
Атомҳо ҳангоми лаппиш натанҳо ба худашон балки ба электронҳояшон низ таъсир мекунанд. Атоми лаппанда метавонад ҳамаи энергияи худро ё қисман ба электрон диҳад. Дар натиҷаи ин энергияи электрон меафзояд ва он ба дараҷаҳои энергетикии баланд мегузарад, ҳамаи ин ҳамон вақт имконпазир аст агар дараҷаи ба он электрон бояд гузарад, холӣ бошад.
Ин вақти таъсири мутақобиларо дар оянда мо ангезиши электрон (бо гарми) меномем, ки дар натиҷаи ин электрон метавонад аз зонаи (пуркардашудаи) валенти ба зонаи озод «парида» гузарад, ин зонаро зонаи гузаронандагии ҷараён меноманд. Ҷои холие, ки дар зонаи валентӣ ин лаҳза ҳосил шуд (мо онро «сурохи» меномем), имконият медиҳад, ки механизми нави гузаронандааш-сурохӣ пайдо шавад, ягон хел электрон ҷои холишударо мегирад, ҷои ин электронро дигар электрон мегирад ва ғайра.
Адади ангезиши гарми дар як сония (е) ба адади электронҳои дар наздикии лаби болоии зонаи валентӣ Сv мутаносиб аст. Эҳтимолияти парида гузаштани электрон бо зарбшавандаи е мутаносиб аст, бинобар ин Р = , – коэффитсиент ки вай аз зудии «бархӯррам»-и атомҳо бо электронҳо вобаста аст, – адади ҷойҳои холӣ дар наздикии лаби поёнии мавқеъи озод аст.
Ҳар қадаре, ки васеъгии зонаи мамнуъ калон бошад ҳамон қадар эҳтимолияти ин раванд (протсес) кам мешавад (мутаносибан гузаронандагии кристалл кам мешавад).
Ҳисобкуниҳо нишон медиҳад, ки ҳангоми эВ будан ин эҳтимолият дар ҳарорати барои мо имконпазир бениҳоят хурд мешавад ва бинобар ин барои моддаҳое, ки ин шарт () иҷро мешавад, онҳо ҷараёни электрикиро намегузаронанд ва онҳоро диэлектрик меноманд. Гуфтан мумкин аст, ки сарҳад эВ шартӣ мебошад, яъне ягон хел сарҳади кулли байни диэлектрикҳо ва нимноқилҳо нест.
Мавқеъи валентӣ қисман пур ё бо мавқеи озоди фулуз (металл) пӯшонида мешавад. Чӣ хеле, ки дар боло қайд намудем атомҳои газҳои асил бо он фарқ мекунанд, ки дар онҳо пуркунии мадорҳои навбатӣ ба охир мерасад – барои гелий якум, неон-дуюм ва ғайраҳо. Дар ишқорӣ дар S – зермадор мадори оянда як электрон дорад; ҳамагӣ дар S – зермадор ду ҷои холӣ мавҷуд аст ва он ҳам дар ҳолати додашуда нисфаш пур аст бинобар ин, мавқеъи валетии ин кристаллҳо инчунин нисф пур шудаанд. Азбаски электронҳо ҳаракат мекунанд ягон савияи энергетикии устувортарро ишғол намояд, бинобар ин дар қисми поёнии мавқеъияти дар ҳар як савия ду электрон ҷойгир мешавад ва қисми болоии ҷойи холӣ мемонад. Азбаски дар ҳар як савия ду электрон бо суръатҳои ба ҳам муқобил меистанд, он гоҳ ҷараёни натиҷавӣ аз кристалл гузаранда баробари сифр аст. Ҳангоми гузаштани майдон ё қисми электронҳо самти худро иваз мекунанд, яъне ба савияҳои озод ба қисми болоии минтақа мегузаранд ва дар кристалл ҷараёни электрикӣ ба вуҷуд меояд. Ҷараёни электрикӣ мутаносибан ба U меафзояд. Ин механизми гузаронандагии фулузҳои (металлҳои) ишқор мебошад.
Асадуллоев Ш.С., Назаров Қ.А. – омӯзгорони факултети
физикаи Донишгоҳи давлатии Бохтар ба номи Носири Хусрав