Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики Т.2 (2001) (1135800), страница 73
Текст из файла (страница 73)
®-¯¥à¢ëå, ¤® ãç¥áâì, ç⮪¨¥â¨ç¥áª ï í¥à£¨ï ¤ëப ®âáç¨âë¢ ¥âáï ®â ¯®â®«ª ¢ «¥â®© §®ë,â.¥. § ¬¥¨âì ¯®¤ § ª®¬ ª¢ ¤à ⮣® ª®àï E Ec Ev E . ®¢â®àëå, ¤® ãç¥áâì, çâ® á㬬 ¢¥à®ïâ®á⥩ ®¡ à㦨âì ¯à¨ ¤ ®©í¥à£¨¨ í«¥ªâà® «¨¡® ¤ëàªã à ¢ ¥¤¨¨æ¥. ®£¤ à á¯à¥¤¥«¥¨¥ ¤«ï40.6.®«ã¯à®¢®¤¨ª¨435¤ëப ¯®«ãç ¥âáï ª ªE 111 E (40.51)= E + e kB Te kB T + 1 e kB T + 1¯à¨ ¢ë¯®«¥¨¨ ãá«®¢¨ï E kB T . ë ¯®«ã稫¨ â® ¦¥ á ¬®¥ à á¯à¥¤¥«¥¨¥ ¥à¬¨ (¨«¨ ®«ìæ¬ ) ¤«ï ¤ëப, ® ¨å í¥à£¨ï ⥯¥àì ®âáç¨âë¢ ¥âáï ¢ ¯à ¢«¥¨¨ ®âà¨æ ⥫ìëå § 票©.
®®â¢¥âá⢥®, ¨â¥£à¨à®¢ ¨¥ ¤®«¦® ¢ë¯®«ïâìáï ¯® ¢á¥¬ ¢®§¬®¦ë¬ í¥à£¨ï¬ ¤ëப,â.¥. ®â 1 ¤® ¯®â®«ª Ev ¢ «¥â®© §®ë. ¬¥ïï â ª¦¥ íä䥪⨢ãî ¬ ááã í«¥ªâà® íä䥪⨢ãî ¬ ááã ¤ëન, ¯®«ãç ¥¬ ¤«ï ç¨á« ¤ëப ¯à¨ ¨§ª¨å ⥬¯¥à âãà å:(2mh)3=23Nh = 4L (2~)3ZEv p1dE Ev Ee(E)=kB T :(40.52) ¬¥ïï ¯¥à¥¬¥ãî ¨â¥£à¨à®¢ ¨ï x = Ev E , ¯®«ãç ¥¬ ¤«ï ª®æ¥âà æ¨¨ ¤ëப:1 )3=2 Ev Zp(2mdx xe x=kB T =nh = 4L3 (2h~)3 e kB T0 m k T 3=2 Ev= 2 h B2e kB T :(40.53)2 ~¥à¥¬®¦ ï (40.50) ¨ (40.53), ¯®«ãç ¥¬ ¢ ¦®¥ á®®â®è¥¨¥:pmm k T !3 Ege h B(40.54)e kB T ;nenh = 42 ~2£¤¥ Eg = Ec Ev | è¨à¨ í¥à£¥â¨ç¥áª®© 饫¨ ¬¥¦¤ã §®®© ¯à®¢®¤¨¬®á⨠¨ ¢ «¥â®© §®®©.
®áª®«ìªã ¯à¨ ¢ë¢®¤¥ á®®â®è¥¨© ¤«ï ª®æ¥âà æ¨¨ í«¥ªâà®®¢ ¨ ¤ëப ¡ë«® ¨á¯®«ì§®¢ ® «¨èì ãá«®¢¨¥ ¬ «®áâ¨â¥¬¯¥à âãà, á®®â®è¥¨¥ (40.54) ¯à¨¬¥¨¬® ¥ ⮫쪮 ª ᮡáâ¢¥ë¬ ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª ¬. ¥£® ¢å®¤ïâ «¨èì å à ªâ¥à¨á⨪¨ ¢¥é¥á⢠(¬ ááë,¢¥«¨ç¨ 饫¨), ¨ ¯®â®¬ã ¬®¦® ᤥ« âì ¢ë¢®¤, ç⮠㢥«¨ç¥¨¥ ª®æ¥âà æ¨¨ í«¥ªâà®®¢ ᮯ஢®¦¤ ¥âáï 㬥ì襨¥¬ ª®æ¥âà æ¨¨ ¤ëப.436« ¢ 40. «¥¬¥âë 䨧¨ª¨ ⢥म£® ⥫ «ï ᮡá⢥ëå ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª®¢ ¬ë ¨¬¥¥¬ ¥é¥ â..
ãá«®¢¨¥ í«¥ªâ஥©âà «ì®á⨠ªà¨áâ «« : ¯®«®¥ ç¨á«® í«¥ªâà®®¢ ¢ §®¥ ¯à®¢®¤¨¬®áâ¨ à ¢® ¯®«®¬ã ç¨á«ã ¤ëப ¢ ¢ «¥â®© §®¥. § «®áì ¡ë, ãá«®¢¨¥ í«¥ªâ஥©âà «ì®á⨠¯à®â¨¢®à¥ç¨â á®®â®è¥¨î (40.54), ® ¢á¯®¬¨¬, çâ® ¢ ¢ëà ¦¥¨ï ¤«ï ª®æ¥âà æ¨© ne ¨ nh ¢å®¤¨â 娬¨ç¥áª¨©¯®â¥æ¨ «, ¯à¨ç¥¬ á à §ë¬¨ § ª ¬¨ ¢ íªá¯®¥â¥. ®¤áâ ¢«ïï ¢ à ¢¥á⢮ ne = nh ¢ëà ¦¥¨ï (40.50) ¨ (40.53), ¯®«ãç ¥¬:e2=kB T= m 3=2hmee(Ec+Ev)=kB T :(40.55)âáî¤ å®¤¨¬ 娬¨ç¥áª¨© ¯®â¥æ¨ « ᮡá⢥®£® ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª ¯à¨ ¨§ª¨å ⥬¯¥à âãà å:Emv + Ec 3 = 2 + 4 kB T ln mh :e(40.56) 票¥ 娬¨ç¥áª®£® ¯®â¥æ¨ « ¯à¨ T = 0 ¤ ¥â ¬ ã஢¥ì ¥à¬¨Ef = (Ev + Ec )=2, ª®â®àë© «¥¦¨â ¢ á¥à¥¤¨¥ § ¯à¥é¥®© §®ë (饫¨).ਠmh = me 娬¨ç¥áª¨© ¯®â¥æ¨ « ᮢ¯ ¤ ¥â á í¥à£¨¥© ¥à¬¨, ¥á«¨mh > me , â® ® á¬¥é ¥âáï á«¥£ª ¢¢¥àå ¨§ í⮣® ¯®«®¦¥¨ï, ¥á«¨ mh <me , ® á¬¥é ¥âáï ¢¨§.
®áª®«ìªã kB T ®¡ëç® ¬®£® ¬¥ìè¥ è¨à¨ë§ ¯à¥é¥®© §®ë Eg = Ec Ev , ⮠ᬥ饨¥ 娬¨ç¥áª®£® ¯®â¥æ¨ « ®âãà®¢ï ¥à¬¨ ¥¢¥«¨ª® ¢ ¬ áèâ ¡¥ í¥à£¨¨ § ¯à¥é¥®© §®ë: Ef .â ª, í¥à£¨ï ¥à¬¨ ¢ ᮡá⢥®¬ ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª¥ «¥¦¨â ¢ æ¥â८¡« á⨠§ ¯à¥é¥®© §®ë ¬¥¦¤ã ¢ «¥â®© §®®© ¨ §®®© ¯à®¢®¤¨¬®áâ¨.â®â १ã«ìâ â ¨¬¥¥â ¤«ï ᮡá⢥ëå ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª®¢ ä㤠¬¥â «ì®¥ § 票¥. ਠ¯¥à¥å®¤¥ í«¥ªâà® á ¢¥à奣® ãà®¢ï ¢ «¥â®© §®ë ¨¦¨© ã஢¥ì §®ë ¯à®¢®¤¨¬®á⨠§ âà 稢 ¥âáï í¥à£¨ï Eg .
ᮡá⢥®¬ ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª¥ ¯à¨ ¯®ï¢«¥¨¨ í«¥ªâà® ¢ §®¥ ¯à®¢®¤¨¬®á⨢ ¢ «¥â®© §®¥ ®¡ï§ â¥«ì® ¢®§¨ª ¥â ¤ëઠ, ¨ ¯®í⮬㠬®¦® áç¨â âì, çâ® § âà ç¥ ï ¢¥áì ¯à®æ¥áá í¥à£¨ï ¤¥«¨âáï ¤¢¥ à ¢ë¥ç á⨠| ¯®«®¢¨ âà â¨âáï ®¡à §®¢ ¨¥ ¤ëન, ¯®«®¢¨ | ¯¥à¥¢®¤ í«¥ªâà® ¢ §®ã ¯à®¢®¤¨¬®áâ¨. 묨 á«®¢ ¬¨, ç «® ®âáç¥â í¥à£¨¨ ¤«ï ª ¦¤®£® ¨§ íâ¨å ¯à®æ¥áᮢ ¤®«¦® 室¨âìáï ¢ æ¥âॠ§ ¯à¥é¥®© §®ë, â.¥. í¥à£¨ï ¥à¬¨ ¯à¥¤áâ ¢«ï¥â â ªãî í¥à£¨î, ®âª®â®à®© ¯à®¨á室¨â ¢®§¡ã¦¤¥¨¥ í«¥ªâà®®¢ ¨ ¤ëப. ª § ®¥ ¯®¤â¢¥à¦¤ ¥âáï ¢ëà ¦¥¨¥¬ ¤«ï à á¯à¥¤¥«¥¨ï í«¥ªâà®®¢ (¨ ¤ëப), ª®-40.6.®«ã¯à®¢®¤¨ª¨437â®à®¥ á«¥¤ã¥â ¨§ (40.54) ¯à¨ ãá«®¢¨¨ ne = nh:pmm k T !3=2 Ege h Be 2 kB T :ne = nh = 2(40.57)2~2® ¢ë£«ï¤¨â ª ª à á¯à¥¤¥«¥¨¥ ®«ìæ¬ ¯à¨ í¥à£¨¨ ¢®§¡ã¦¤¥¨ïEg =2. ª¨¬ ®¡à §®¬, ª®«¨ç¥á⢮ í«¥ªâà®®¢, ¯¥à¥è¥¤è¨å ¢ §®ã ¯à®¢®¤¨¬®áâ¨, ¨ ª®«¨ç¥á⢮ ®¡à §®¢ ¢è¨åáï ¤ëப ¡ã¤¥â ¯à®¯®à樮 «ì®e Eg =2kBT , ¯®áª®«ìªã í«¥ªâய஢®¤®áâì ¯à®¯®à樮 «ì ç¨á«ã ®á¨â¥«¥©, â® = 0e Eg =2kB T , â.¥.
í«¥ªâய஢®¤®áâì ᮡá⢥ëå ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª®¢ ¡ëáâà® à áâ¥â á ⥬¯¥à âãன. ਠ㫥¢®© ⥬¯¥à âãà¥á®¡á⢥ ï ¯à®¢®¤¨¬®áâì ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª®¢ 㬥ìè ¥âáï ¤® ã«ï, â.¥.®¨ áâ ®¢ïâáï ¤¨í«¥ªâਪ ¬¨. ®®â¢¥âá⢥®, 㤥«ì®¥ ᮯà®â¨¢«¥¨¥ ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª = 1= 㬥ìè ¥âáï á ⥬¯¥à âãன ¯® ⮬㠦¥«®£ à¨ä¬¨ç¥áª®¬ã § ª®ã:(40.58)ln = ln 0 + Eg ;2kB T®£ à¨ä¬ 㤥«ì®£® ᮯà®â¨¢«¥¨ï ln ®â § ¢¨á¨â ®â ®¡à ⮩ ¢¥«¨ç¨ë ⥬¯¥à âãàë (1=T ) «¨¥©ë¬ ®¡à §®¬, çâ® ®¯¨áë¢ ¥âáï £à 䨪¥¯àאַ© «¨¨¥©, ª«® ª®â®à®© ¯®§¢®«ï¥â ®¯à¥¤¥«¨âì è¨à¨ã 饫¨ Eg .ªá¯¥à¨¬¥âë ¯®¤â¢¥à¦¤ îâ â ªãî § ¢¨á¨¬®áâì 㤥«ì®£® ᮯà®â¨¢«¥¨ï ®â ⥬¯¥à âãàë. ¨¡®«¥¥ ¢ ¦ë¬¨ ᮡá⢥묨 ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª ¬¨ ïîâáï ªà¥¬¨© ¨ £¥à¬ ¨©, â®¬ë ª®â®àëå ¯à¨ ¤«¥¦ â ª ç¥â¢¥à⮩ £à㯯¥ ¯¥à¨®¤¨ç¥áª®© á¨á⥬ë í«¥¬¥â®¢ .
. ¥¤¥«¥¥¢ . ¨ ¨¬¥îâ ç¥âëà¥í«¥ªâà® ¢ ¯®«®¢¨ã § ¯®«¥®© ¢¥è¥© ®¡®«®çª¥. ⢥म¬ á®áâ®ï¨¨ ⮬ë Si ¨ Ge ®¡à §ãîâ à¥è¥âªã ⨯ «¬ § , ¢ ª®â®à®© ç¥âëॢ¥è¨å í«¥ªâà® á¢ï§ë¢ îâáï ª®¢ «¥â® á ç¥âëàì¬ï á®á¥¤¨¬¨ ⮬ ¬¨, ¢ १ã«ìâ ⥠祣® ®¡à §ã¥âáï ¯®«®áâìî § ¯®«¥ ï ¢ «¥â ï§® , â.¥. ¯à¨ T = 0 ªà¥¬¨© ¨ £¥à¬ ¨© ïîâáï ¤¨í«¥ªâਪ ¬¨.¤ ª® è¨à¨ § ¯à¥é¥®© §®ë ¬¥¦¤ã ¢ «¥â®© §®®© ¨ §®®© ¯à®¢®¤¨¬®áâ¨ ã ¨å ¥¢¥«¨ª : 㠪६¨ï Eg = 1:1 í, ã £¥à¬ ¨ï Eg = 0:75 í.« £®¤ àï í⮬ã 㦥 ¯à¨ áà ¢¨â¥«ì® ¥¢ë᮪¨å ⥬¯¥à âãà å § ç¨â¥«ì®¥ ç¨á«® í«¥ªâà®®¢ ¨§ ¢ «¥â®© §®ë ¯¥à¥å®¤¨â ¢ §®ã ¯à®¢®¤¨¬®áâ¨.
®ª¨ã⮥ í«¥ªâà® ¬¨ ¬¥áâ® ¯¥à¥á⠥⠡ëâì ¥©âà «ìë¬,¢ ¥£® ®ªà¥áâ®á⨠¢®§¨ª ¥â ¥áª®¬¯¥á¨à®¢ ë© ¯®«®¦¨â¥«ìë© § àï¤ +e | ®¡à §ã¥âáï ¤ëઠ. íâ® ¬¥áâ® ¬®¦¥â ¯¥à¥áª®ç¨âì í«¥ªâà®438« ¢ 40. «¥¬¥âë 䨧¨ª¨ ⢥म£® ⥫ ®¤®© ¨§ á®á¥¤¨å ¯ à.
१ã«ìâ ⥠¤ëàª ç¨ ¥â ¬¨£à¨à®¢ âì ¯®ªà¨áâ ««ã, ª ª ¨ ®á¢®¡®¤¨¢è¨©áï í«¥ªâà®. ਠ¢áâà¥ç¥ í«¥ªâà® á¤ëમ© ®¨ ¬®£ãâ ४®¬¡¨¨à®¢ âì | í«¥ªâà® § ¨¬ ¥â ᢮¡®¤ë©ã஢¥ì ¢ ¢ «¥â®© §®¥, â ª ç⮠४®¬¡¨ æ¨ï ¯à¨¢®¤¨â ª ®¤®¢à¥¬¥®¬ã ¨á祧®¢¥¨î ᢮¡®¤®£® í«¥ªâà® ¨ ¤ëન. ª¨¬ ®¡à §®¬,¢ ᮡá⢥®¬ ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª¥ ®¤®¢à¥¬¥® ¯à®¨á室ïâ ¤¢ ¯à®æ¥áá :஦¤¥¨¥ í«¥ªâà®-¤ëà®çëå ¯ à ¨ ४®¬¡¨ æ¨ï, ¯à¨¢®¤ïé ï ª ¯®¯ ஬㠨á祧®¢¥¨î í«¥ªâà®®¢ ¨ ¤ëப.
¥à®ïâ®áâì ®¡à §®¢ ¨ï ¯ à¡ëáâ஠㢥«¨ç¨¢ ¥âáï á ⥬¯¥à âãன. ¥à®ïâ®áâì ¯à®æ¥áá ४®¬¡¨ 樨 ¯à®¯®à樮 «ì ª ª ª®æ¥âà æ¨¨ ᢮¡®¤ëå í«¥ªâà®®¢, â ª ¨ª®æ¥âà æ¨¨ ¤ëப. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¤«ï ª ¦¤®© ⥬¯¥à âãàë ᮮ⢥âáâ¢ã¥â ®¯à¥¤¥«¥ ï à ¢®¢¥á ï ª®æ¥âà æ¨ï í«¥ªâà®®¢ ¨ ¤ëப,ª®â®à ï ®¯¨áë¢ ¥âáï à á¯à¥¤¥«¥¨¥¬ ®«ìæ¬ (40.57).ਬ¥á ï ¯à®¢®¤¨¬®áâì ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª®¢«¥ªâà®ë¥ ᢮©á⢠ᮡá⢥®£® ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª áãé¥á⢥® ¬¥ïîâáï ¯à¨ ¢¢¥¤¥¨¨ ¢ ¥£® ¯à¨¬¥á¥© ⮬®¢ ¤à㣮£® í«¥¬¥â . à®æ¥áᢢ¥¤¥¨ï ¯à¨¬¥á¥© §ë¢ ¥âáï «¥£¨à®¢ ¨¥¬.ਬ¥á ï ¯à®¢®¤¨¬®áâì ¢®§¨ª ¥â, ¥á«¨ ¥ª®â®àë¥ â®¬ë ¤ ®£®¯®«ã¯à®¢®¤¨ª § ¬¥¨âì ¢ ã§« å ªà¨áâ ««¨ç¥áª®© à¥è¥âª¨ ⮬ ¬¨,¢ «¥â®áâì ª®â®àëå ®â«¨ç ¥âáï ¥¤¨¨æã ®â ¢ «¥â®á⨠®á®¢ëå ⮬®¢.ï⨢ «¥âë¥ â®¬ë, ¢¢¥¤¥ë¥ ¢ ¥áâ¥áâ¢¥ë© ç¥âëà¥å¢ «¥â멯®«ã¯à®¢®¤¨ª ¢ ª ç¥á⢥ ¯à¨¬¥á¥©, ¡¥àãâ ᥡï ç¥âëॠª®¢ «¥âë¥á¢ï§¨ á á®á¥¤¨¬¨ ⮬ ¬¨ ¥áâ¥á⢥®£® ¯®«ã¯à®¢®¤¨ª , ¯ïâë© í«¥ªâà® ¯ï⨢ «¥â®£® ⮬ ®ª §ë¢ ¥âáï áà ¢¨â¥«ì® á« ¡® á¢ï§ ë¬.â®â í«¥ªâà® ¯à®¤®«¦ ¥â ¯à¨ ¤«¥¦ âì ᢮¥¬ã ⮬ã, ® ¥£® í¥à£¨ïá¢ï§¨ á ¨¬ ®ç¥ì ¬ « , à ¤¨ãá ®à¡¨âë ¢¥«¨ª ¯® áà ¢¥¨î á® § 票ﬨ íâ¨å ¢¥«¨ç¨ ¤«ï ¨§®«¨à®¢ ®£® ⮬ (à¨á.
40.17).«ï ®æ¥ª¨ í¥à£¨¨ á¢ï§¨ \«¨è¥£®" í«¥ªâà® ¬®¦® ¯à¨¬¥¨âì ä®à¬ã«ã ¤«ï í¥à£¨¨ ¢®¤®à®¤®¯®¤®¡®£® ⮬ . «¥¤ã¥â ãç¥áâì ⮫쪮, çâ®§ ª® ã«® (¢§ ¨¬®¤¥©á⢨¥ í«¥ªâà® á ¨®®¬) ¢ á।¥ ¨¬¥¥â ¢¨¤e2 =4"0 "r, £¤¥ " | ¤¨í«¥ªâà¨ç¥áª ï ¯à®¨æ ¥¬®áâì. ®®â¢¥âá⢥®,ç¥â¢¥àâãî á⥯¥ì § àï¤ í«¥ªâà® ¢ ä®à¬ã«¥ (31.9) á«¥¤ã¥â § ¬¥¨âì e4="2; ªà®¬¥ ⮣®, ¬ áá í«¥ªâà® § ¬¥ï¥âáï ¥£® íä䥪⨢ãî40.6.®«ã¯à®¢®¤¨ª¨439¨á.
40.17: ਬ¥áë¥ â®¬ë ä®áä®à (a) ¨ ¨¤¨ï (b) ¢ ªà¥¬¨¨. ਠ¤®¡ ¢«¥¨¨¯ï⨢ «¥â®£® ⮬ ä®áä®à ® § ¬¥é ¥â ®¤¨ ¨§ ⮬®¢ ªà¥¬¨ï ¢ ªà¨áâ ««¨ç¥áª®©à¥è¥âª¥. ¥âëॠ¥£® í«¥ªâà® ¨¤ãâ ®¡à §®¢ ¨¥ ª®¢ «¥â®© á¢ï§¨, ¯ïâë© (e )®ª §ë¢ ¥âáï á« ¡® á¢ï§ ë¬ ¨ ¬®¦¥â ®â®à¢ âìáï ®â ⮬ , ç ¢ ¯ãâ¥è¥á⢮¢ âì ¯®à¥è¥âª¥, â.¥. ¯¥à¥å®¤¨â ¢ §®ã ¯à®¢®¤¨¬®áâ¨. ਠ¤®¡ ¢«¥¨¨ âà¥å¢ «¥â®£® ¨¤¨ï®¤ ¨§ ª®¢ «¥âëå á¢ï§¥© ¥§ ¯®«¥ (¯®ª § ª ª á« ¡® á¢ï§ ë© ¯®«®¦¨â¥«ìë©§ àï¤ e+ ®ª®«® ⮬ ¯à¨¬¥á¨). íâ® ¬¥áâ® ¬®¦¥â ¯¥à¥áª®ç¨âì í«¥ªâà® á®á¥¤¥£® ⮬ ªà¥¬¨ï | ¢ ªà¨áâ ««¥ ¤¢¨¦¥âáï ᢮¡®¤ ï ¤ëઠ.¬ ááã.