他の所でも質問しましたが回答が寄せられなかったので、こちらでも質問させてください。
価電子帯の電子にエネルギーを与えて伝導帯へ励起させてあげる事で電子が自由電子として電流に寄与しますが、ではエネルギーを長い間与え続けてずっと電流を流し続けると、フェルミエネルギーはどこまで行くのですか?エネルギー準位(エネルギー帯)に限界はあるのでしょうか。
それとも長い時間電流を流す事が出来るのは、自由電子が導体中の不純物や格子欠陥などによって散乱されて、運動エネルギーを失う事でエネルギー準位が下がり、電圧などによってエネルギーを供給されて再び加速して上のエネルギー準位へ上がる...を繰り返しているからなのでしょうか。
はたまた大事な所を勘違いしてるだけでしょうか。どなたか御教授お願いします。
No.3ベストアンサー
- 回答日時:
#2です。
> 私が考えていたのは金属などの導体でした。
それでも議論は変わりません。
#1さんがおっしゃっているように、金属ならば、なおさら離散的な準位ではなく、
バンドとして考えられるべきです。つまり電子のエネルギーの値は連続的に変わることができる。
> それとも長い時間電流を流す事が出来るのは、自由電子が導体中の不純物や格子欠陥などによって散乱されて、運動エネルギーを失う事でエネルギー準位が下がり、電圧などによってエネルギーを供給されて再び加速して上のエネルギー準位へ上がる...を繰り返しているからなのでしょうか。
そうすると、この文章は厳密には正しくなくなります。
「エネルギー準位」と書いてある部分を「エネルギー」を書き換えるべきです。
No.2
- 回答日時:
> 価電子帯の電子にエネルギーを与えて伝導帯へ励起させてあげる事で電子が自由電子として電流に寄与しますが、
ここが間違っています。たぶん半導体を考えておられるのだと思いますが、
その場合に電気伝導に寄与するのは、たまたま伝導帯にいる電子、価電子帯の正孔で、
両方とも電気を流すことによって励起されたものではありません。
じゃなんで電子が伝導帯(正孔が価電子帯)にいたかといえば、意図したか意図しなかったか、
不純物が入っていて電子(正孔)を供給したか、熱的、または光を当てて励起したものです。
> それとも長い時間電流を流す事が出来るのは、自由電子が導体中の不純物や格子欠陥などによって散乱されて、運動エネルギーを失う事でエネルギー準位が下がり、電圧などによってエネルギーを供給されて再び加速して上のエネルギー準位へ上がる...を繰り返しているからなのでしょうか。
これが正しいとされている描像です。
この回答への補足
私が考えていたのは金属などの導体でした。
> 価電子帯の電子にエネルギーを与えて伝導帯へ励起させてあげる事で電子が自由電子として電流に寄与しますが
導体には価電子帯と伝導帯の間にエネルギーギャップがあるわけでは無く、フェルミエネルギーを境界にして遷移して電流が流れているだけなので、誤解を招いてしまう表現だったかもしれません。すいません。
No.1
- 回答日時:
うーん。
言わんとしていることは全くわからないでもないんだけど、なんと答えていいものやら。いいや。なんとなくのイメージで答えます。
まず最初に認識しないといけないのは、結晶というのは超大量の原子の集まりなんです。
もし、真空中に原子が1個だけあるとすれば、電子は1個の(プラス電荷をもった)原子核とのみ相互作用しますから基底状態から無限遠まで、ずっと「飛び飛びの」エネルギー準位になっています。(古典量子論的な世界)
ですが、結晶の場合には、個々の電子は、当然ながら、自分の本来の原子核だけではなくて、結晶を構成する超大量の原子核全てから電磁気力を受けています。
その結果、エネルギー準位が超大量に分裂してしまって、ある範囲では、実用上、エネルギー準位が連続的に存在している、と考えられるようになります。これが、エネルギーバンドと呼んでいるものです。
なんで、エネルギーバンドの範囲内であれば、どのようなエネルギー値もとれます。したがって、電子に何らかの手段でエネルギーを与え続ければ(実際には、電界や磁界をかけてエネルギーを与えて、その結果として電子が動いて電流が流れるわけですが)、エネルギーバンドの範囲内で電子のエネルギーは上がり続けます。
ただ、もちろん、エネルギーバンドと別のエネルギーバンドの間には通常、ギャップができるので、無限にエネルギーを得られるわけではありません。
例えば、金属の塊に電圧をかけても、通常は金属の塊の外に電子が出て行ってしまうことはありませんよね。
ですが、もちろん、エネルギー準位自体は、無限遠まで、あることはあります。
金属の塊にkV~MVの超強力な電圧をかければ、金属から電子を抜き出す(伝導体の上のエネルギーギャップを超えて上の準位にまで持ち上げる)こともできるでしょう。
>それとも長い時間電流を流す事が出来るのは、自由電子が導体中の不純物や格子欠陥などによって散乱されて、運動エネルギーを失う事でエネルギー準位が下がり、電圧などによってエネルギーを供給されて再び加速して上のエネルギー準位へ上がる...を繰り返しているからなのでしょうか。
これは、まあ直感的にはそういうことですね。マクロ的に見れば、電子が電界や磁界などから得るエネルギーと、電子が結晶中の原子核にぶつかってエネルギーを失う分(電子がエネルギーを失う主な原因は、不純物や格子欠陥などではなくて、単純に、結晶中には大量のプラスの原子核があるからです)が、ちょうど同じになるような電流が流れることになります。
ただ、上に書いたように、エネルギーバンドの中は実用上、エネルギー準位が連続的にあると考えてよいので、「エネルギー準位が下がる/上がる」という表現はちょっと誤解を招く気もしますが。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- 工学 工学の半導体について質問です。 Siの最外殻電子のエネルギー準位って何ですか?伝導帯ですか?充満帯で 2 2022/11/16 17:44
- 物理学 電子軌道のエネルギー準位 スピン相互作用 について 3 2022/06/06 22:50
- 物理学 急募 点電荷Bをx=2の位置で静かに放すと,Bは動き出した。Bが動き 出した後の運動について説明した 10 2022/08/08 12:46
- 物理学 高校物理電磁気で質問です。コンデンサーが含まれる回路などの説明で教科書に、「等電位」とか「電位差」っ 7 2023/02/25 17:34
- 物理学 対消滅について,大学の物理者(教授,准教授)の方に,教えてgooです 2 2022/07/27 21:51
- 物理学 半径a,bの同心球の間に誘電率ε, 電気伝導率σの物質をつめ, 内球に電荷Qを与えるとき, 物質内に 3 2023/03/23 11:00
- 宇宙科学・天文学・天気 昔考えたこともですが 今にも通じてるでしょうか? 2 2022/09/28 22:05
- その他(自然科学) 電磁波の周波数と熱について教えて下さい。 電磁波の波長とエネルギーについて、雑学として興味があります 6 2022/04/18 20:00
- 哲学 あなたの生き甲斐は何ですか? 存在の世界が分かりますか? 3 2022/09/11 21:37
- 化学 電子親和力について 1 2022/08/04 21:23
おすすめ情報
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
-
位置エネルギー U
-
フェルミディラック分布関数の...
-
水路が分岐た場合の水圧について
-
波数(k)を用いた空間座標表示を...
-
普段の生活の中での位置エネルギー
-
「U = mgh」の「U」は何の略な...
-
高校物理の力学の質問
-
縮退をわかりやすくお願いします
-
振動数vをもつ一つの振動子につ...
-
一分子の基底状態と励起状態の...
-
『落下する鎖』の運動方程式と張力
-
何で暇だとエロいことを考えて...
-
放射線β線はなぜ連続スペクトル...
-
人体からの発熱量の計算方法
-
ロケットエンジンの推進力につ...
-
フェルミエネルギーについて
-
運動量保存の法則とエネルギー...
-
エネルギースペクトルとは?
-
エクセルギーの問題
-
平衡核間距離Re、結合エネルギ...
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
-
位置エネルギー U
-
「U = mgh」の「U」は何の略な...
-
何で暇だとエロいことを考えて...
-
ラマン分光法・ラマンシフトに...
-
水路が分岐た場合の水圧について
-
振動数vをもつ一つの振動子につ...
-
高校物理の力学の質問
-
もう、何も頑張りたくないです...
-
一分子の基底状態と励起状態の...
-
人間のジャンプ時の衝撃値は?
-
普段の生活の中での位置エネルギー
-
干渉して打ち消しあった光の波...
-
再生可能エネルギーは、再生で...
-
波数(k)を用いた空間座標表示を...
-
フェルミディラック分布関数の...
-
物理のエッセンスで「失われた...
-
縮退をわかりやすくお願いします
-
消音(ノイズキャンセリング)す...
-
泡が壁面にくっつくのは…
-
人体からの発熱量の計算方法
おすすめ情報