William Moebs; Samuel J. Ling; Jeff Sanny

Pytania

9.1 Rodzaje wiązań cząsteczkowych

1.

Jakie są podstawowe różnice pomiędzy wiązaniem jonowym, wiązaniem kowalencyjnym i wiązaniem van der Waalsa?

2.

Jakiego typu wiązań należy spodziewać się w przypadku

cząsteczki KCl;
cząsteczki N₂?

3.

Opisz trzy kroki prowadzące do utworzenia wiązania jonowego.

4.

Co powoduje, że odległość między jonami nie osiągnie zera?

5.

Dlaczego w cząsteczce H₂ spiny elektronów muszą być antyrównoległe?

9.2 Widma cząsteczkowe

6.

Czy widmo absorpcyjne cząsteczki dwuatomowej HCl zależy od tego, jaki izotop chloru wchodzi w skład cząsteczki? Wyjaśnij swoje rozumowanie.

7.

Ustaw w kolejności od najmniejszej do największej energie ( $\prefop{\Delta}E$ ) odpowiadające przejściom kwantowym: elektronowym w atomie, rotacyjnym w cząsteczce, oscylacyjnym w cząsteczce.

8.

Wyjaśnij podstawowe właściwości widma oscylacyjno-rotacyjnego cząsteczki dwuatomowej.

9.3 Wiązania w ciałach stałych

9.

Dlaczego odległości równowagowe między jonami K⁺ i Cl^– w krysztale KCl i w cząsteczce dwuatomowej różnią się?

10.

Opisz różnicę między strukturami: regularną powierzchniowo centrowaną (FCC) i regularną przestrzennie centrowaną (BCC).

11.

Ilu najbliższych sąsiadów Cl^– ma jon Na⁺ w chlorku sodu? Ile jonów Na⁺ należy do najbliższych sąsiadów jonu Cl^–?

12.

W jodku cezu (CsI) ile jonów I^– należy do najbliższych sąsiadów jonu Cs⁺, a ile jonów Cs⁺ do najbliższych sąsiadów jonu I^–?

13.

Kryształ NaCl ma strukturę FCC. Odległość równowagowa wynosi w przybliżeniu $r_0=\SI{0,282}{\nano\metre}$ . Gdyby każdy jon zajmował objętość sześcianu $r_0^3$ , jaka byłaby odległość pomiędzy najbliższymi sąsiadami jonu Na⁺?

9.4 Model elektronów swobodnych w metalach

14.

Dlaczego energia Fermiego ( $E_{\text{F}}$ ) jest tym większa, im większa jest liczba elektronów w metalu?

15.

Jeśli koncentracja elektronów w metalu ( $N/V$ ) wzrosłaby ośmiokrotnie, co się stanie z energią Fermiego ( $E_{\text{F}}$ )?

16.

Dlaczego linia pozioma na Ilustracji 9.12 nagle urywa się przy energii Fermiego?

17.

Dlaczego krzywa na Ilustracji 9.12 rośnie stopniowo od początku układu współrzędnych?

18.

Dlaczego ostra zmiana czynnika Fermiego przy energii Fermiego „wygładza się” ze wzrostem temperatury?

9.5 Teoria pasmowa ciał stałych

19.

Jakie są dwa podstawowe podejścia zmierzające do określenia poziomów energetycznych elektronów w krysztale?

20.

Opisz dwie cechy poziomów elektronowych w krysztale.

21.

Jaki jest związek liczby poziomów energetycznych w paśmie z liczbą atomów $N$ w krysztale?

22.

Dlaczego niektóre materiały są bardzo dobrymi przewodnikami prądu, a inne słabymi?

23.

Dlaczego niektóre materiały są półprzewodnikami?

24.

Dlaczego oporność półprzewodnika maleje, gdy temperatura rośnie?

9.6 Półprzewodniki i domieszkowanie

25.

Jaki rodzaj półprzewodnika powstanie przez domieszkowanie germanu

arsenem;
galem?

26.

Jaki rodzaj półprzewodnika powstaje, gdy krzem domieszkowany jest

fosforem;
indem?

27.

Co to jest efekt Halla i do czego może być wykorzystany?

28.

W jaki sposób atomy domieszki zmieniają strukturę energetyczną materiału w półprzewodniku typu n?

29.

W jaki sposób atomy domieszki zmieniają strukturę energetyczną materiału w półprzewodniku typu p?

9.7 Przyrządy półprzewodnikowe

30.

Gdy połączymy półprzewodnik typu p z półprzewodnikiem typu n w obszarze złącza powstaje jednorodne pole elektryczne. Dlaczego?

31.

Dlaczego obszar zubożony powstający, gdy połączymy półprzewodnik typu p z półprzewodnikiem typu n, ma określoną szerokość?

32.

Skąd wiadomo, że dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia?

33.

Dlaczego przy polaryzacji w kierunku zaporowym prąd jest bardzo mały?

34.

Co się dzieje w sytuacji ekstremalnej, gdy materiały typu n i typu p tworzące złącze są mocno domieszkowane?

35.

Wyjaśnij zasadę działania wzmacniacza akustycznego opartego na tranzystorze.

9.8 Nadprzewodnictwo

36.

Opisz dwie główne cechy nadprzewodników.

37.

W jaki sposób teoria BCS wyjaśnia nadprzewodnictwo?

38.

Co to jest efekt Meissnera?

39.

Jaki wpływ na temperaturę krytyczną nadprzewodnika ma rosnące pole magnetyczne?