โครงสร้างอะตอมตามทฤษฎีของโบร์มีลักษณธของระดับพลังงานเป็นชั้นๆ สามารถใช้อธิบายเมื่ออะตอมอยู่โดเดี่ยว หรืออะตอมอยู่ในสถานะแก๊ส
เมื่ออะตอมอยู่ชิดกันจนเปลี่ยนสถานะแก๊สเป็นของแข็ง พลังงานในอะตอมจะเปลี่ยนลักษณะไปเป็น แถบพลังงาน ที่เป็นเช่นนี้เพราะระดับพลังงานของอะตอมอยู่ชิดกันจนซ้อนทับกัน ลักษณะของแถบพลังงานมี3ส่วนคือ แถบวาเลนซ์ แถบว่าง และแถบนำไฟฟ้า ทฤษฎีแถบพลังงานนนี้สามารถอธิบายตัวนำ กึ่งตัวนะ และฉนวนได้
ก. ระดับพลังงานในของแข็ง
ข. ระดับพลังงานในอะตอมเดี่ยว
รูป 19.53 เปรียบเทียบระดับพลังงานของของแข็ง และอะตอมเดี่ยว
ในกรณีของธาตุอะตอมเดี่ยว เช่น แก๊สไฮโดรเจน (เป็นแก๊สที่อุณหภูมิ
) ) ระดับพลังงานจะเป็นดังรูป 19.53 ข. ส่วนของแข็งที่เป็นโลหะและอโลหะจะมีระดับพลังงานเป็นแถบ (energy band) ดังรูป 19.53 ก. แถบที่มีอิเล็กตรอนเต็มจะมีพลังงานต่ำกว่าเรียกว่าแถบวาเลนซ์ (valence band) เป็นแถบที่ไม่นำไฟฟ้า สำหรับแถบพลังงานที่อยู่สูงขึ้นไปเรียกว่าแถบนำไฟฟ้า (conduction band)ตัวนำ (conductor) จะมีอิเล็กตรอนเต็มในแถบวาเลนซ์ และมีอิเล็กตรอนอยู่บ้างในแถบนำไฟฟ้า เมื่อให้สนามไฟฟ้าก็จะเกิดการนำไฟฟ้าขึ้น
ฉนวน (insulator) จะมีอิเล็กตรอนเต็มในแถบวาเลนซ์ และไม่มีอิเล็กตรอนอยู่ในแถบนำไฟฟ้า มีช่องว่างระหว่างแถบพลังงาน (energy gap) ทั้งสอง ช่องว่างนี้จะกว้างมากจนเมื่อให้พลังงานไฟฟ้า(ในรูปของศักย์ไฟฟ้า) หรือพลังงานความร้อน หรือพลังงานแสง ก็ไม่สามารถทำให้อิเล็กตรอนในชั้นแถบวาเลนซ์ ถูกกระตุ้นขึ้นมาที่แถบนำไฟฟ้า จึงไม่มีการนำไฟฟ้า
<b>กึ่งตัวนำ (semiconductor) จะมีอิเล็กตรอนเต็มแถบวาเลนซ์คล้ายฉนวน แต่มีช่องว่างพลังงานเหนือแถบนั้นค่อนข้างแคบ ที่อุณหภูมิปกติ พลังงานความร้อน สามารถกระตุ้นให้อิเล็กตรอนเหล่านี้เองที่เป็นพาหะ (carrier) ของไฟฟ้าและทำให้นำไฟฟ้าได้บ้าง ทำให้ความต้านทานไม่สูงมากนักและนับเป็นสารกลุ่มกึ่งตัวนำ สารกึ่งตัวนำบางชนิดสามารกระตุ้นอิเล็กตรอนจากแถบวาเลนซ์ให้ขึ้นไปแถบนำไฟฟ้าได้ด้วยแสง และสามารถนำมาใช้เป็นประเภทLDR (Light Dependent Resistance) หรือเป็นตัวรับรู้ (sensor) แสง
ในทางปฏิบัติจะมีการใช้ฉนวน เช่น ยาง พลาสติก ทำที่หุ้มสายไฟฟ้าที่ทำจากโลหะซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้า ส่วนตัวต้านทานที่ใช้ในวงจรไฟฟ้าและวงจรอิเล็กทรอนิกส์นั้นจะมีค่าความต้านทานไฟฟ้าอยู่ระหว่างตัวนำกับฉนวน คือมีค่าตั้งแต่ 1 โอห์ม ถึง 100 เมกะโอห์ม
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น