PROPERTI KONDUKTOR DAN KONDISI BATAS
PROPERTI KONDUKTOR DAN KONDISI BATAS
Di sini kemajuan elektron keluar terhenti, karena material yang mengelilingi konduktor adalah isolator yang tidak memiliki pita konduksi yang nyaman. Tidak ada biaya yang tersisa di konduktor. Jika itu terjadi, medan listrik yang dihasilkan akan memaksa muatan ke permukaan.
Oleh karena itu hasil akhir dengan dalam konduktor adalah kepadatan muatan nol, dan densitas muatan permukaan berada di permukaan eksterior. Ini adalah salah satu dari dua karakteristik dari seorang konduktor yang baik.
Karakteristik lain, dinyatakan untuk kondisi statis di mana tidak ada arus yang mengalir, mengikuti langsung dari hukum Ohm: medan listrik dalam ketegangan dengan di konduktor adalah nol. Secara fisik, kita melihat bahwa jika ada medan listrik, maka konduksi elektron akan bergerak dan menghasilkan arus, sehingga mengarah ke kondisi nonstatic.
Jika intensitas medan listrik eksternal didekomposisi menjadi dua komponen, satu tangensial dan satu normal ke permukaan konduktor, komponen tangensial terlihat menjadi nol. Jika tidak nol, kekuatan tangensial akan diterapkan pada elemen muatan permukaan, yang menghasilkan gerak dan kondisi nonstatik. Karena kondisi statis diasumsikan, intensitas medan listrik tangensial dan kerapatan fluksi listrik adalah nol.
Hukum Gauss menjawab pertanyaan kami mengenai komponen normal. Aliran listrik yang meninggalkan sedikit peningkatan permukaan harus sama dengan muatan yang berada di permukaan tambahan itu. Fluks tidak dapat menembus ke konduktor, karena total medan ada nol. Itu harus kemudian meninggalkan permukaan secara normal. Secara kuantitatif, kita dapat mengatakan bahwa kerapatan fluks listrik dalam coulomb per meter persegi meninggalkan permukaan biasanya sama dengan densitas muatan permukaan dalam coulomb per meter persegi, atau DN=ρS.
Jika kami menggunakan beberapa hasil yang kami hasilkan sebelumnya dalam membuat analisis yang lebih hati-hati (dan secara kebetulan memperkenalkan metode umum yang harus kami gunakan nanti), kami harus menyiapkan batas ruang bebas konduktor (Gbr.5.4) menunjukkan komponen tangensial dan normal D dan E pada sisi ruang bebas dari batas. Kedua bidang adalah nol dalam konduktor. Bidang tangensial dapat ditentukan dengan menerapkan Sec. 4.5, Persamaan. (21),
GAMBAR 5.4
Jalur tertutup yang tepat dan permukaan gaussian digunakan untuk menentukan kondisi batas pada batas ruang bebas konduktor; Et = 0 dan DN=ρS.
Jika sekarang kita mengalihkan perhatian kita ke bahan semikonduktor intrinsik, seperti germanium murni atau silikon, dua jenis pembawa arus hadir, elektron dan lubang. Elektron adalah orang-orang dari atas pita valensi yang terisi yang telah menerima energi yang cukup (biasanya termal) untuk menyeberangi band terlarang yang relatif kecil ke dalam pita konduksi. Kesenjangan energi terlarang-band di semi konduktor khas adalah urutan satu elektronvolt. Kekosongan yang ditinggalkan oleh alat-alat listrik ini mewakili keadaan energi yang tidak terisi di pita valensi yang juga bisa bergerak
dari atom ke atom di kristal. Kekosongan ini disebut lubang, dan banyak sifat semikonduktor dapat digambarkan dengan memperlakukan lubang seolah-olah memiliki muatan positif e, mobilitas, JLh, dan massa efektif yang sebanding dengan elektron. Kedua operator bergerak di medan listrik, dan mereka bergerak dalam arah yang berlawanan; maka masing-masing menyumbangkan komponen dari arus total yang searah dengan yang disediakan oleh yang lain. Oleh karena itu konduktivitas merupakan fungsi dari konsentrasi dan mobilitas lubang dan elektron,
Di sini kemajuan elektron keluar terhenti, karena material yang mengelilingi konduktor adalah isolator yang tidak memiliki pita konduksi yang nyaman. Tidak ada biaya yang tersisa di konduktor. Jika itu terjadi, medan listrik yang dihasilkan akan memaksa muatan ke permukaan.
Oleh karena itu hasil akhir dengan dalam konduktor adalah kepadatan muatan nol, dan densitas muatan permukaan berada di permukaan eksterior. Ini adalah salah satu dari dua karakteristik dari seorang konduktor yang baik.
Karakteristik lain, dinyatakan untuk kondisi statis di mana tidak ada arus yang mengalir, mengikuti langsung dari hukum Ohm: medan listrik dalam ketegangan dengan di konduktor adalah nol. Secara fisik, kita melihat bahwa jika ada medan listrik, maka konduksi elektron akan bergerak dan menghasilkan arus, sehingga mengarah ke kondisi nonstatic.
Jika intensitas medan listrik eksternal didekomposisi menjadi dua komponen, satu tangensial dan satu normal ke permukaan konduktor, komponen tangensial terlihat menjadi nol. Jika tidak nol, kekuatan tangensial akan diterapkan pada elemen muatan permukaan, yang menghasilkan gerak dan kondisi nonstatik. Karena kondisi statis diasumsikan, intensitas medan listrik tangensial dan kerapatan fluksi listrik adalah nol.
Hukum Gauss menjawab pertanyaan kami mengenai komponen normal. Aliran listrik yang meninggalkan sedikit peningkatan permukaan harus sama dengan muatan yang berada di permukaan tambahan itu. Fluks tidak dapat menembus ke konduktor, karena total medan ada nol. Itu harus kemudian meninggalkan permukaan secara normal. Secara kuantitatif, kita dapat mengatakan bahwa kerapatan fluks listrik dalam coulomb per meter persegi meninggalkan permukaan biasanya sama dengan densitas muatan permukaan dalam coulomb per meter persegi, atau DN=ρS.
Jika kami menggunakan beberapa hasil yang kami hasilkan sebelumnya dalam membuat analisis yang lebih hati-hati (dan secara kebetulan memperkenalkan metode umum yang harus kami gunakan nanti), kami harus menyiapkan batas ruang bebas konduktor (Gbr.5.4) menunjukkan komponen tangensial dan normal D dan E pada sisi ruang bebas dari batas. Kedua bidang adalah nol dalam konduktor. Bidang tangensial dapat ditentukan dengan menerapkan Sec. 4.5, Persamaan. (21),
GAMBAR 5.4
Jalur tertutup yang tepat dan permukaan gaussian digunakan untuk menentukan kondisi batas pada batas ruang bebas konduktor; Et = 0 dan DN=ρS.
Jika sekarang kita mengalihkan perhatian kita ke bahan semikonduktor intrinsik, seperti germanium murni atau silikon, dua jenis pembawa arus hadir, elektron dan lubang. Elektron adalah orang-orang dari atas pita valensi yang terisi yang telah menerima energi yang cukup (biasanya termal) untuk menyeberangi band terlarang yang relatif kecil ke dalam pita konduksi. Kesenjangan energi terlarang-band di semi konduktor khas adalah urutan satu elektronvolt. Kekosongan yang ditinggalkan oleh alat-alat listrik ini mewakili keadaan energi yang tidak terisi di pita valensi yang juga bisa bergerak
dari atom ke atom di kristal. Kekosongan ini disebut lubang, dan banyak sifat semikonduktor dapat digambarkan dengan memperlakukan lubang seolah-olah memiliki muatan positif e, mobilitas, JLh, dan massa efektif yang sebanding dengan elektron. Kedua operator bergerak di medan listrik, dan mereka bergerak dalam arah yang berlawanan; maka masing-masing menyumbangkan komponen dari arus total yang searah dengan yang disediakan oleh yang lain. Oleh karena itu konduktivitas merupakan fungsi dari konsentrasi dan mobilitas lubang dan elektron,
Untuk murni, atau intrinsik, silikon elektron dan lubang mobilitas adalah 0,12 dan 0,025, masing-masing, sedangkan untuk germanium, mobilitas masing-masing, 0,36 dan 0,17. Nilai-nilai ini diberikan dalam meter persegi per volt-detik dan berkisar dari 10 hingga 100 kali lebih besar daripada untuk aluminium, tembaga, perak, dan konduktor logam lainnya. 6 Mobilitas yang tercantum di atas diberikan untuk suhu 300 K. Konsentrasi elektron dan lubang sangat bergantung pada suhu. Pada 300 K, kepadatan muatan volume elektron dan lubang keduanya 0,0024 Cjm3 dalam magnitudo dalam silikon intrinsik dan 3,0 C / m3 dalam germanium intrinsik. Nilai-nilai ini menyebabkan konduktivitas 0,000 35 S / m dalam silikon dan 1,6 S / m dalam germanium. Ketika suhu meningkat, mobilitas menurun, tetapi kepadatan muatan meningkat sangat cepat. Akibatnya, konduktivitas silikon meningkat dengan faktor 10 sebagai peningkatan suhu dari 300 menjadi sekitar 330 K dan menurun dengan faktor 10 sebagai suhu turun dari 300 menjadi sekitar 275 K. Perhatikan bahwa konduktivitas semikonduktor intrinsik meningkat dengan suhu, sementara itu dari konduktor logam menurun dengan suhu; ini adalah salah satu perbedaan karakteristik antara konduktor logam dan semikonduktor intrinsik. Mengetahui nilai-nilai yang diberikan dalam bagian ini untuk elektron dan lubang mobilitas silikon pada 300 K, dan dengan asumsi kepadatan muatan lubang dan elektron adalah 0,0029 Cjm3 dan -0,0029 Cjm3, masing-masing, menemukan: (a) komponen konduktivitas karena lubang; (b) komponen konduktivitas karena elektron; (c) konduktivitas. Ans . 0.0725 S/m; 0.348 S/m; 0.421 S/m
Meskipun kami telah menyebutkan insulator dan bahan dielektrik, kami belum memiliki hubungan kuantitatif di mana mereka terlibat. Kami akan segera melihat, bagaimanapun, bahwa dielektrik dalam medan listrik dapat dilihat sebagai pengaturan ruang bebas dari dipol listrik mikroskopis yang terdiri dari muatan positif dan negatif yang pusatnya tidak cukup bertepatan.
Ini bukan biaya gratis, dan mereka tidak dapat berkontribusi pada proses konduksi. Sebaliknya, mereka terikat di tempat oleh kekuatan atom dan molekul dan hanya dapat menggeser posisi sedikit dalam menanggapi bidang eksternal. Mereka disebut muatan terikat, berbeda dengan muatan bebas yang menentukan konduktivitas. Biaya yang terikat dapat diperlakukan sebagai sumber lain dari medan elektrostatik. Jika kita tidak ingin, oleh karena itu, kita tidak perlu memperkenalkan konstanta dielektrik sebagai parameter baru atau untuk mengatasi permitiabilitas yang berbeda dari permitivitas ruang bebas; Namun, alternatifnya adalah mempertimbangkan setiap muatan dalam selembar bahan dielektrik. Ini adalah harga yang terlalu mahal untuk menggunakan semua persamaan kita sebelumnya dalam bentuk yang tidak dimodifikasi, dan oleh karena itu kita akan menghabiskan beberapa waktu berteori tentang dielektrik dengan cara kualitatif; memperkenalkan polarisasi P, permitivitas E, dan permitivitas relatif ER; dan mengembangkan beberapa hubungan kuantitatif yang melibatkan kuantitas-kuantitas baru ini.
Karakteristik yang dimiliki semua bahan dielektrik, baik yang padat, cair, atau gas, dan apakah kristal itu bersifat alami, adalah kemampuan mereka untuk menyimpan energi listrik. Penyimpanan ini terjadi melalui pergeseran posisi relatif muatan internal, muatan positif dan negatif terhadap gaya molekul dan atom normal.
 |
| Muhammad Fahreza Nurhidayat |
 |
| Iqbal Chamdani |
 |
| Yulia Milana Fajriah |
