محاكاة التوصيل الكهربائي في المواد الصلبة — فيزياء 3-2
الثالث الثانوي الفصل الدراسي الثاني الدرس 8-1 الكتاب ص 223–234 محاكاة ظاهرة
جرّب بنفسك قوانين درس «التوصيل الكهربائي في المواد الصلبة» من كتاب فيزياء 3-2: غيّر القيم في المحاكاة وشاهد النتيجة مباشرة، ثم نفّذ المهام الاستقصائية وتحقق من فهمك.
شغّل المحاكاة وغيّر القيم بنفسك
المحاكاة والمهام الاستقصائية والتقويم متاحة بحساب مجاني.
أنشئ حساب طالب مجاني لديك حساب؟ سجّل الدخول ✓ مجاني بالكامل · أنت معلم؟ حساب معلمأهداف الدرس
- تصف حركة الإلكترون في الموصلات وأشباه الموصلات الكهربائية.
- تقارن بين أشباه الموصلات من النوع السالب (n) وأشباه الموصلات من النوع الموجب (p).
القوانين والعلاقات
عدد الإلكترونات الحرة في وحدة الحجم (k إلكترون حر لكل ذرة)n = kρNA/M
عدد الإلكترونات الحرة لكل ذرةk = nM/(ρNA)
حاملات الشحنة في شبه الموصل المطعّم (x نسبة ذرات الشائبة)nd = x·NSi
الموصلية مقلوب المقاوميةσ = 1/ρe
المفردات
أشباه الموصلاتنظرية الأحزمةأشباه الموصلات النقيةالشوائبأشباه الموصلات غير النقية
المفاهيم الرئيسة
- تتجزأ مستويات الطاقة للذرات المتقاربة في البلورة فتتكون حزمة التكافؤ وحزمة التوصيل، تفصل بينهما فجوة طاقة محظورة لا توجد فيها مستويات متاحة للإلكترونات؛ وهذا الوصف هو نظرية الأحزمة.
- في الموصلات (الفلزات) تكون حزمة التوصيل مملوءة جزئيًّا، فتتحرك الإلكترونات بسهولة؛ وبارتفاع درجة الحرارة تزداد تصادماتها بالذرات فتقل الموصلية.
- في العوازل تكون فجوة الطاقة كبيرة (5 eV على الأقل)، ولا تكفي الطاقة الحرارية لنقل الإلكترونات إلى حزمة التوصيل.
- في أشباه الموصلات (Si وGe) فجوة الطاقة صغيرة (نحو 1 eV)، فتقفز بعض الإلكترونات حراريًّا إلى حزمة التوصيل تاركة فجوات موجبة، فتزداد الموصلية بارتفاع درجة الحرارة.
- التطعيم بشوائب خماسية التكافؤ (P، As) يوفر إلكترونات حرة فيتكون النوع n، والتطعيم بشوائب ثلاثية التكافؤ (B، Ga) يوفر فجوات فيتكون النوع p.
- شبه الموصل من النوع n أو p متعادل كهربائيًّا؛ فإضافة الشوائب لا تضيف أي شحنة محصلة إلى البلورة.
مثال محلول
الإلكترونات الحرة في موصلما عدد الإلكترونات الحرة في السنتيمتر المكعب من النحاس، علمًا بأن كثافته 8.96 g/cm³، وكتلته الذرية 63.54 g/mol، وأن كل ذرة تشارك بإلكترون حر واحد؟
- المعطيات
- ρ = 8.96 g/cm³ , M = 63.54 g/mol , NA = 6.02 × 10²³ atom/mol , k = 1 e/atom
- المطلوب
- n = ? (free e/cm³)
- الحل
- n = kρNA/M = (1)(8.96)(6.02 × 10²³)/63.54 = 8.49 × 10²² e/cm³
- تقويم الجواب
- تحليل الوحدات (e/atom)(g/cm³)(atom/mol)/(g/mol) = e/cm³ صحيح، ويُتوقع عدد كبير جدًّا من الإلكترونات الحرة في 1 cm³ من الفلز.
داخل المحاكاة
- التهيئة والتنبؤ بعد التسجيل
- المحاكاة التفاعلية بعد التسجيل
- المهام الاستقصائية بعد التسجيل
- 3 أمثلة محلولة أخرى بعد التسجيل
- التقويم الختامي بعد التسجيل
- الملخص والواجب المنزلي بعد التسجيل
- وضع العرض للمعلم بعد التسجيل
