مثال 2 - كتاب الفيزياء - الصف 12 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

مرتبط مع الذرة مرة أخرى، وعندما يعاد اتحاد الفجوة مع الإلكترون الحر فإن شحنتيهما المختلفتين تعادل كل منهما الأخرى.

غير أن الإلكترون ترك خلفه فجوة في موقعه السابق. لذا تتحرك الإلكترونات الحرة السالبة الشحنة في اتجاه واحد، في حين تتحرك الفجوات الموجبة الشحنة في الاتجاه المعاكس. وتسمى أشباه الموصلات النقية التي توصل نتيجة لتحرير الإلكترونات والفجوات حارثيًا

أشباه الموصلات النقية

لأن الإلكترونات والفجوات متوفر لحمل الشحنة فإن التوصيل في أشباه الموصلات النقية منخفض جدًا، مما يجعل مقاومتها كبيرة جدًا.

بعض الإلكترونات الحرة في أشباه الموصلات الحرة بسبب الطاقة الحركية للسيليكون الصلب عند درجة حرارة الغرفة، فإنه يوجد 1.45 × 10¹⁰ إلكترون حر في كل cm³. ما عدد الإلكترونات الحرة في كل ذرة سيليكون عند درجة حرارة الغرفة؟، وكتلته الذرية 28.09 g/mol.

حدد القيم المعلومة والقيم المجهولة.

المعلوم

المجهول

free e⁻ /atom = □

ρ = 2.33 g/cm³

M = 28.09 g/mol

Nₐ = 6.02 × 10²³ atoms/mol

للسيليكون: 1.45 × 10¹⁰ free e⁻ /cm³

إجراء العمليات الرياضية بدلالتها العلمية.

free e⁻ atom = (1) (M) (p) (1.45 × 10¹⁰ free e⁻ cm³ Nₐ (28.09 g 1 mol 1 cm³ 6.02 × 10²³ atoms mol 2.33 g = (1.45 × 10¹⁰ free e⁻ cm³ = 2.90 × 10⁻¹³ free e⁻ / atom للسليكون

بالتعويض

Nₐ = 6.02 × 10²³ atoms/mol

M = 28.09 g/mol

ρ = 2.33 g/cm³

freee⁻/cm³Si=1.45×10¹⁰free e⁻/cm³

هل الوحدات صحيحة؟ يؤكد تحليل الوحدات أن الوحدات صحيحة.

هل الجواب منطقي؟ في أشباه الموصلات النقية، كالسيليكون مثلاً عند درجة حرارة الغرفة، يكون لعدد قليل جداً من الذرات إلكترونات حرة.

مرتبط مع الذرة مرة أخرى، وعندما يعاد اتحاد الفجوة مع الإلكترون الحر فإن شحنتيهما المختلفتين تعادل كل منهما الأخرى. غير أن الإلكترون ترك خلفه فجوة في موقعه السابق. لذا تتحرك الإلكترونات الحرة السالبة الشحنة في اتجاه واحد، في حين تتحرك الفجوات الموجبة الشحنة في الاتجاه المعاكس. وتسمى أشباه الموصلات النقية التي توصل نتيجة لتحرير الإلكترونات والفجوات حارثيًا أشباه الموصلات النقية لأن الإلكترونات والفجوات متوفر لحمل الشحنة فإن التوصيل في أشباه الموصلات النقية منخفض جدًا، مما يجعل مقاومتها كبيرة جدًا. --- SECTION: مثال 2 --- بعض الإلكترونات الحرة في أشباه الموصلات الحرة بسبب الطاقة الحركية للسيليكون الصلب عند درجة حرارة الغرفة، فإنه يوجد 1.45 × 10¹⁰ إلكترون حر في كل cm³. ما عدد الإلكترونات الحرة في كل ذرة سيليكون عند درجة حرارة الغرفة؟، وكتلته الذرية 28.09 g/mol. --- SECTION: تحليل المسألة ورسمها --- حدد القيم المعلومة والقيم المجهولة. المعلوم المجهول free e⁻ /atom = □ ρ = 2.33 g/cm³ M = 28.09 g/mol Nₐ = 6.02 × 10²³ atoms/mol للسيليكون: 1.45 × 10¹⁰ free e⁻ /cm³ --- SECTION: دليل الرياضيات --- إجراء العمليات الرياضية بدلالتها العلمية. free e⁻ atom = (1) (M) (p) (1.45 × 10¹⁰ free e⁻ cm³ Nₐ (28.09 g 1 mol 1 cm³ 6.02 × 10²³ atoms mol 2.33 g = (1.45 × 10¹⁰ free e⁻ cm³ = 2.90 × 10⁻¹³ free e⁻ / atom للسليكون --- SECTION: إيجاد الكمية المجهولة --- بالتعويض Nₐ = 6.02 × 10²³ atoms/mol M = 28.09 g/mol ρ = 2.33 g/cm³ freee⁻/cm³Si=1.45×10¹⁰free e⁻/cm³ --- SECTION: تقويم الجواب --- هل الوحدات صحيحة؟ يؤكد تحليل الوحدات أن الوحدات صحيحة. هل الجواب منطقي؟ في أشباه الموصلات النقية، كالسيليكون مثلاً عند درجة حرارة الغرفة، يكون لعدد قليل جداً من الذرات إلكترونات حرة. --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: Silicon crystal structure showing valence electrons and holes Description: Diagram shows a lattice of Silicon (Si) atoms. Each Si atom is bonded to four others. Valence electrons are shown as red dots, and holes are shown as empty circles. Some electrons are depicted as free (e⁻) moving between atoms, creating holes. X-axis: Conceptual position Y-axis: Conceptual position Data: Illustrates the concept of free electrons and holes in a semiconductor lattice. Context: Visual representation to understand the movement of electrons and holes in silicon, which is a semiconductor.