< Return to Video

Защо атомната теория не важи при твърдите вещества | Физика | Кан Академия

  • 0:00 - 0:02
    За да разберем как да използваме
    полупроводниците,
  • 0:02 - 0:05
    за да построим всички тези
    удивителни изчислителни устройства,
  • 0:05 - 0:06
    ще започнем от самото
    начало,
  • 0:06 - 0:09
    чак до разбирането
  • 0:09 - 0:12
    защо полупроводниците
    са полупроводници.
  • 0:12 - 0:13
    Имам предвид защо
    определени материали
  • 0:13 - 0:14
    се държат като проводници,
  • 0:14 - 0:17
    които са много добри
    в предаването на електричество
  • 0:17 - 0:19
    през себе си, докато други – не?
  • 0:19 - 0:24
    За да разберем това, трябва
    да разгледаме нещата на атомно ниво.
  • 0:24 - 0:26
    Може да имаме представа
    за атомите,
  • 0:26 - 0:27
    но познай какво?
  • 0:27 - 0:28
    Оказва се, че знанието ни
  • 0:28 - 0:31
    за атомната структура не е
    достатъчно.
  • 0:31 - 0:33
    В това видео ще обобщим
  • 0:33 - 0:35
    всички неща, които може би
    вече знаем
  • 0:35 - 0:36
    от предишните видеа.
  • 0:36 - 0:39
    Ще видим защо настоящото знание
  • 0:39 - 0:40
    или настоящата теория за атомите
  • 0:40 - 0:44
    не е достатъчна, за да говорим
    за твърдите вещества като цяло,
  • 0:44 - 0:45
    които ще ни интересуват.
  • 0:47 - 0:49
    За начало, вече може
    да имаш представа.
  • 0:49 - 0:53
    Може да знаеш, че цялата
    материя е изградена от атоми.
  • 0:53 - 0:57
    Ако избереш един от тях
    и увеличиш,
  • 0:57 - 0:59
    може да знаеш, че самите атоми
  • 0:59 - 1:01
    са изградени от по-малки неща.
  • 1:01 - 1:03
    В центъра имаме нещо,
    наречено ядро,
  • 1:03 - 1:05
    което има положителен заряд,
  • 1:05 - 1:08
    и електроните, които са
    отрицателно заредени,
  • 1:08 - 1:09
    биват привлечени от ядрото
  • 1:09 - 1:12
    и се носят около ядрото
    в различни орбити,
  • 1:12 - 1:14
    точно както в Слънчевата система
  • 1:14 - 1:15
    планетите се носят около Слънцето.
  • 1:15 - 1:17
    Това не е много точен модел.
  • 1:17 - 1:19
    Ще се върнем обратно към това.
  • 1:19 - 1:21
    Но засега нека използваме
    този модел.
  • 1:21 - 1:23
    Важното нещо е, че има
    някои електрони,
  • 1:23 - 1:27
    като тези, които са силно
    свързани с ядрото.
  • 1:27 - 1:29
    Наричаме ги свързани електрони.
  • 1:30 - 1:32
    Свързаните електрони
    не са отговорни
  • 1:32 - 1:33
    за електропроводимостта.
  • 1:33 - 1:35
    Докато има други електрони,
  • 1:35 - 1:38
    които не са толкова силно
    привлечени от ядрото
  • 1:38 - 1:41
    и те са свободни да се движат
  • 1:41 - 1:43
    от един атом в друг.
  • 1:43 - 1:46
    Тези електрони наричаме
  • 1:46 - 1:48
    провеждащи електрони,
    или свободни електрони,
  • 1:48 - 1:51
    и те са отговорни за
    електропроводимостта.
  • 1:51 - 1:52
    В някои материали
  • 1:52 - 1:55
    е много лесно да получиш
    тези свободни електрони.
  • 1:55 - 1:57
    Ще имаш много от тях.
  • 1:57 - 1:59
    Наричаме тези материали
  • 1:59 - 2:01
    проводници.
  • 2:01 - 2:02
    От друга страна, в някои материали
  • 2:02 - 2:05
    е много трудно да получиш
    тези свободни електрони
  • 2:05 - 2:08
    затова те са пренебрежимо
    малко количество.
  • 2:08 - 2:11
    Като резултат, те са лоши
    проводници, или са изолатори.
  • 2:11 - 2:13
    И, разбира се, имаме междинните,
  • 2:13 - 2:15
    които наричаме полупроводници.
  • 2:15 - 2:17
    Мисля, че най-важният въпрос,
  • 2:17 - 2:19
    който трябва да си зададем тук,
  • 2:19 - 2:21
    е как електронът става свободен?
  • 2:21 - 2:23
    Какво го прави свободен
    и от какво зависи това?
  • 2:23 - 2:25
    Това е нещото, което трябва
    да открием.
  • 2:25 - 2:28
    Трябва да разгледаме
    цялото това нещо
  • 2:28 - 2:32
    като твърдо вещество, понеже
    полупроводниците са твърди вещества.
  • 2:32 - 2:34
    Трябва да открием
  • 2:34 - 2:37
    какво прави електроните
    свободни в твърди вещества.
  • 2:37 - 2:40
    За да направим това, трябва
    да преминем отвъд този
  • 2:40 - 2:43
    модел на Слънчевата система за атома,
    който, както споменах преди,
  • 2:43 - 2:44
    не е много точен.
  • 2:44 - 2:47
    Трябва да разгледаме по-точен модел
  • 2:47 - 2:50
    на атомната структура.
  • 2:50 - 2:51
    Да направим това.
  • 2:51 - 2:54
    Може би вече учи за това по химия.
  • 2:54 - 2:55
    Оказва се, че вместо да мислим
  • 2:55 - 3:00
    къде са електроните и по
    какви орбити се движат,
  • 3:00 - 3:03
    е много по-добре да ги разглеждаме
    според тяхната енергия.
  • 3:03 - 3:05
    По-добре е да мислим
    какви са енергиите,
  • 3:05 - 3:07
    които електроните могат да приемат.
  • 3:07 - 3:09
    Може би вече учи по химия,
  • 3:09 - 3:11
    че във всеки атом,
  • 3:11 - 3:15
    ако начертая тук енергиите,
  • 3:15 - 3:18
    във всеки атом електроните
    могат да имат само няколко
  • 3:18 - 3:23
    специфични стойности
    на енергията.
  • 3:23 - 3:25
    Може би най-ниската енергия,
  • 3:25 - 3:27
    която един електрон може да има,
    е някъде тук.
  • 3:27 - 3:29
    Няма да записваме числата тук.
  • 3:29 - 3:31
    Няма да разглеждаме това
    много количествено,
  • 3:31 - 3:32
    не се тревожи за това.
  • 3:32 - 3:33
    Може би това е най-ниската
    енергия,
  • 3:33 - 3:35
    която един електрон може
    да притежава.
  • 3:35 - 3:37
    Следващата по-висока енергия,
    която един електрон може да притежава,
  • 3:37 - 3:38
    може да е някъде тук,
  • 3:38 - 3:41
    а може би следващата
    може да е някъде тук
  • 3:41 - 3:42
    и така нататък.
  • 3:42 - 3:45
    Даваме имена на тези
    енергийни нива.
  • 3:45 - 3:49
    Наричаме най-ниското
    1s енергийно ниво.
  • 3:49 - 3:50
    Следващото по-високо става 2s,
  • 3:51 - 3:54
    след това идва 2р.
  • 3:54 - 3:59
    После имаме 3s и 3р, и така нататък.
  • 3:59 - 4:02
    Отново, ако това ти изглежда
    много ново
  • 4:02 - 4:04
    и нямаш идея какво са s и р,
  • 4:04 - 4:07
    тогава ще е добре да спреш тук,
  • 4:07 - 4:09
    да се върнеш и да гледаш видеата
    за електронната конфигурации
  • 4:09 - 4:13
    в плейлистата по химия,
    а после да дойдеш отново тук.
  • 4:13 - 4:16
    Но се оказва, че електроните
    не могат да заемат
  • 4:16 - 4:18
    тези енергийни нива
    на случаен принцип.
  • 4:18 - 4:20
    Има определено правило
    кои електрони
  • 4:20 - 4:23
    запълват тези енергийни нива.
  • 4:23 - 4:26
    И това правило – отново,
    може да учи за него.
  • 4:26 - 4:29
    Наричаме го принцип на Паули
    за изключването.
  • 4:29 - 4:32
    Принцип или правило
  • 4:33 - 4:36
    на Паули за изключването.
  • 4:36 - 4:39
    То просто казва, че никои
    два електрона...
  • 4:39 - 4:41
    никои два електрона
  • 4:42 - 4:45
    не могат да имат
  • 4:45 - 4:49
    идентични енергии.
  • 4:49 - 4:52
    Отново, това не е точното
    твърдение на Паули,
  • 4:52 - 4:54
    но ще ни помогне, достатъчно ни е.
  • 4:54 - 4:56
    Нека вземем конкретен пример.
  • 4:56 - 5:00
    Предположи, че вземем натриев атом.
  • 5:00 - 5:04
    Той има 11 електрона.
  • 5:04 - 5:05
    Има 11 електрона.
  • 5:07 - 5:09
    И тези 11 електрона
  • 5:09 - 5:11
    могат да имат само
    специфични енергийни нива.
  • 5:11 - 5:14
    Начинът, по който тези електрони
  • 5:14 - 5:15
    ще запълнят енергийните нива,
  • 5:15 - 5:18
    е съгласно принципа
    на изключването.
  • 5:18 - 5:21
    Първият електрон... помни,
  • 5:21 - 5:24
    електроните винаги искат да приемат
    най-ниската възможна енергия.
  • 5:24 - 5:27
    Първият електрон би дошъл ето тук,
  • 5:27 - 5:29
    а после може да мислиш,
    че следващият електрон
  • 5:29 - 5:31
    не може да дойде тук,
    понеже Паули ни казва така.
  • 5:31 - 5:32
    Не спорим с Паули.
  • 5:32 - 5:34
    Вторият електрон,
    ако дойде тук,
  • 5:34 - 5:37
    може да има идентична
    енергия, но не съвсем,
  • 5:37 - 5:41
    понеже се оказва, че
    електроните могат да имат
  • 5:41 - 5:42
    спин нагоре и спин надолу.
  • 5:42 - 5:45
    Ако първият електрон влезе
    на ниво1s
  • 5:45 - 5:48
    и приеме спин нагоре,
  • 5:48 - 5:50
    друг електрон може да приеме
  • 5:50 - 5:54
    същото енергийно ниво
    и да е със спин надолу,
  • 5:54 - 5:55
    понеже се оказва, че тези два спина
  • 5:55 - 5:57
    имат леко различаваща се енергия.
  • 5:57 - 5:59
    Тези два електрона, строго казано,
  • 5:59 - 6:02
    пак спазват правилото на Паули,
    понеже не са точно идентични
  • 6:02 - 6:04
    поради спиновете си.
  • 6:04 - 6:06
    Но следващият електрон,
    третият електрон,
  • 6:06 - 6:09
    не може да се разположи
    на 1s енергийното ниво,
  • 6:09 - 6:11
    понеже ако го направи
    и е със спин нагоре,
  • 6:11 - 6:12
    той ще е идентичен на този,
  • 6:12 - 6:13
    а ако го направи и е със спин надолу,
  • 6:13 - 6:15
    тогава ще е идентичен на този.
  • 6:15 - 6:17
    Не може да заеме това ниво.
  • 6:17 - 6:18
    Трябва да заеме
  • 6:18 - 6:21
    следващото по-високо енергийно ниво,
    което е налично, и то е това тук.
  • 6:21 - 6:23
    Може да дойде тук.
  • 6:23 - 6:25
    Енергийните нива
    между тези са недостъпни
  • 6:25 - 6:26
    за тези електрони.
  • 6:26 - 6:28
    Следващата енергия, която
    може да приеме, ще е 2s.
  • 6:28 - 6:30
    Отново, може да бъде
    със спин нагоре.
  • 6:30 - 6:34
    Четвъртият електрон може
    да дойде тук със спин надолу.
  • 6:34 - 6:37
    Следващият електрон
    ще дойде тук, спин нагоре,
  • 6:37 - 6:39
    а следващият ще е със спин надолу.
  • 6:40 - 6:41
    И ето какво.
  • 6:41 - 6:44
    Оказва се, че в р енергийното ниво
  • 6:44 - 6:47
    има три начина, по които
    електроните могат
  • 6:47 - 6:48
    да заемат това енергийно ниво.
  • 6:48 - 6:51
    Наричаме ги орбитали.
  • 6:51 - 6:53
    Оказва се, че в s енергийните нива
  • 6:53 - 6:54
    има само един начин.
  • 6:54 - 6:56
    Има само една орбитала.
  • 6:56 - 6:58
    Но в р има три орбитали.
  • 6:58 - 7:02
    Така че друг електрон може
    да заеме 2р енергийното ниво
  • 7:02 - 7:04
    като е в различна орбитала.
  • 7:04 - 7:06
    Този електрон и този електрон
  • 7:06 - 7:08
    ще са в различни орбитали,
  • 7:08 - 7:09
    или различни конфигурации.
  • 7:09 - 7:11
    Не е нужно да се тревожим
    много за името.
  • 7:11 - 7:13
    Но пак няма да са идентични.
  • 7:13 - 7:15
    Друг електрон може да заеме
    същата тази орбитала
  • 7:15 - 7:17
    със спин надолу.
  • 7:17 - 7:21
    Другият електрон е в третата
    р-орбитала със спин нагоре,
  • 7:21 - 7:23
    а после следващият
    е със спин надолу.
  • 7:23 - 7:25
    Сега 2р е напълно запълнено.
  • 7:25 - 7:28
    Няма повече налични орбитали.
  • 7:28 - 7:29
    Така че последният електрон,
  • 7:29 - 7:31
    стигаме до 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
  • 7:31 - 7:35
    8, 9, 10, последният електрон
    ще е тук,
  • 7:35 - 7:38
    в 3s, със спин нагоре.
  • 7:38 - 7:42
    Но това е за единичен
    атом на натрия.
  • 7:42 - 7:45
    Ами ако имаме, да кажем,
    два атома натрий,
  • 7:45 - 7:47
    които са много близо
    един до друг, какво се случва?
  • 7:49 - 7:50
    Нещо такова...
  • 7:50 - 7:52
    Ами ако образуват молекула?
  • 7:52 - 7:55
    Как електроните в тази молекула
  • 7:55 - 7:56
    ще запълнят енергийните нива?
  • 7:56 - 8:00
    Можем ли да кажем, че всеки атом
    ще има нещо такова?
  • 8:00 - 8:04
    Всеки атом ще има електрони,
    които запълват орбиталите съответно?
  • 8:04 - 8:06
    Това няма да проработи,
    не може да е възможно.
  • 8:06 - 8:07
    Начинът да си представим това е,
  • 8:07 - 8:09
    че можем да кажем –
    ако го направим така –
  • 8:09 - 8:11
    че принципът на Паули
    ще бъде нарушен.
  • 8:11 - 8:14
    Спомни си, принципът на Паули гласи,
    че никои два електрона –
  • 8:14 - 8:15
    и когато кажем никои два електрона,
  • 8:15 - 8:18
    това може да са никои два
    електрона в атом
  • 8:18 - 8:20
    или никои два електрона
    в молекула,
  • 8:20 - 8:24
    или може би никои два електрона
    в цялото твърдо вещество.
  • 8:24 - 8:26
    Никои два електрона не могат
    да имат идентични енергии.
  • 8:26 - 8:30
    Така че, ако двата атома имат
    тези електронни конфигурации,
  • 8:30 - 8:32
    тогава можеш да видиш,
    че този електрон
  • 8:32 - 8:35
    и този електрон ще са идентични.
  • 8:35 - 8:39
    Този и този ще са напълно
    идентични.
  • 8:39 - 8:41
    Всички те ще имат идентични
    двойки,
  • 8:41 - 8:45
    и принципът на Паули ще е нарушен,
    така че това не може да е възможно.
  • 8:45 - 8:48
    Ако имаме цяло твърдо вещество,
  • 8:48 - 8:52
    което е изградено от натрий,
    където имаме, например, 10^23
  • 8:52 - 8:54
    атома близо един до друг,
  • 8:54 - 8:58
    и ако използваме този модел
    за всеки атом,
  • 8:58 - 9:01
    тогава ще има около
    10^23 идентични копия
  • 9:01 - 9:03
    електрони във всяко ниво.
  • 9:03 - 9:08
    Принципът на Паули ще е нарушен.
  • 9:08 - 9:11
    Ключовото нещо е, че тази структура,
  • 9:11 - 9:15
    която учихме за отделния атом,
    не може да бъде разширена,
  • 9:15 - 9:17
    когато стигнем до твърдите
    вещества.
  • 9:17 - 9:20
    Трябва ни нова теория,
    за да разберем какво става
  • 9:20 - 9:22
    и как електроните са се подредели,
    или как да си ги представим,
  • 9:22 - 9:24
    когато става въпрос
    за твърди вещества.
  • 9:24 - 9:27
    Ще разгледаме това
    в следващите видеа.
Title:
Защо атомната теория не важи при твърдите вещества | Физика | Кан Академия
Description:

В това видео ще разгледаме защо ни трябва нова теория, за да разберем характеристиките на твърдите вещества.
Учи по следващата тема тук –
Learn the next topic here --https://bg.khanacademy.org/science/in-in-class-12th-physics-india/in-in-semiconductors/in-in-band-theory-of-solids/v/band-theory-of-solids-class-12-india-physics-khan-academy?modal=1

Полупроводници: Не можем да си представим живота си днес без компютри. Но какво кара компютъра да работи? Какво кара тази технология да расте с такава експоненциална скорост? Всичко е заради полупроводниците. Колкото и невероятно да звучи, променянето на характеристиките на полупроводниците ни позволява да построим тези компютри. В тази тема ще проучим света на полупроводниците. Това е пътешествие от същността на полупроводниците чак до създаването на градивни блокове за тези компютри.

Кан Академия е организация с нестопанска цел с мисия да предостави безплатно образование на световно ниво за всеки, навсякъде. Предлагаме викторини, въпроси, образователни видеа и статии за широка гама академични предмети, включително математика, биология, химия, физика, история, икономика, финанси, граматика, предучилищно образование и още. Даваме на учителите инструменти и данни, така че да могат да помогнат на учениците си да развият умения, навици и нагласи за успех в училище и отвъд. Кан Академия е преведена на десетки езици и 15 милиона души по целия свят учат в Кан Академия всеки месец. Като организация с нестопанска цел 501(c)(3), бихме оценили помощта ти!

Създадено от Манеш Шеной
more » « less
Video Language:
English
Team:
Khan Academy
Duration:
09:28

Bulgarian subtitles

Revisions Compare revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.