Какова доля ионизированных атомов германия при температуре 20 °C, если концентрация проводящих электронов составляет 10 в 14 степени см в минус 3 степени, и предполагается, что при ионизации теряется только валентный электрон атома?

Физика 11 класс Полупроводники доля ионизированных атомов германия температура 20 °C концентрация проводящих электронов ионизация валентного электрона физика 11 класс Новый

Для того чтобы определить долю ионизированных атомов германия при заданной температуре, нам нужно воспользоваться некоторыми физическими понятиями и формулами.

Шаг 1: Понять, что такое ионизация атома.

• Ионизация - это процесс, в котором атом теряет один или несколько электронов, становясь положительно заряженным ионом.
• В данном случае, мы рассматриваем германиевый атом, который теряет один валентный электрон.

Шаг 2: Определить концентрацию ионизированных атомов.

• Дано: концентрация проводящих электронов (n) = 10¹⁴ см^-3.
• Предполагается, что каждый ионизированный атом германия создает один проводящий электрон.
• Следовательно, концентрация ионизированных атомов (N_i) равна концентрации проводящих электронов: N_i = n = 10¹⁴ см^-3.

Шаг 3: Определить полную концентрацию атомов германия.

• Для расчета полной концентрации атомов германия (N_total) нам нужно знать, сколько атомов содержится в 1 см³ германия.
• Плотность германия примерно равна 5.32 г/см³.
• Молярная масса германия (Ge) составляет примерно 72.6 г/моль.
• Теперь мы можем рассчитать концентрацию атомов германия по формуле: N_total = (плотность / молярная масса) * NA, где NA - число Авогадро (примерно 6.022 * 10²³ моль^-1).

Рассчитаем:

• N_total = (5.32 г/см³ / 72.6 г/моль) * (6.022 * 10²³ моль^-1)
• N_total ≈ 4.42 * 10²² атомов/см³.

Шаг 4: Рассчитать долю ионизированных атомов.

• Теперь мы можем найти долю ионизированных атомов (f_i) по формуле: f_i = N_i / N_total.
• Подставим значения: f_i = (10¹⁴ см^-3) / (4.42 * 10²² атомов/см³).

Вычислим:

• f_i ≈ 2.26 * 10^-9.

Шаг 5: Интерпретация результата.

• Таким образом, доля ионизированных атомов германия при температуре 20 °C составляет примерно 2.26 * 10^-9, что означает, что ионизированных атомов очень мало по сравнению с общим количеством атомов в германии.

Таким образом, мы пришли к выводу, что доля ионизированных атомов германия при данной температуре и концентрации проводящих электронов очень мала.