Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 11071
2019-10-28 
При комнатной температуре измеряют проводимость следующих материалов: меди высокой чистоты, германия д-типа и ниобия. Затем образцы погружают в жидкий гелий (при температуре 4 К) и снова проводят измерения. Изменится ли проводимость каждого материала? (Дайте лишь качественное объяснение.) В какую сторону? Почему?
Решение:
а) Медь - нормальный металл; при понижении температуры его проводимость увеличивается. Эю происходит потому, что при понижении температуры энергия теплового движения электронов и атомов в металле уменьшается. Следовательно, число столкновений электронов между собой и электронов с атомами падает. Электрический ток при этом испытывает меньшее сопротивление, и проводимость увеличивается.
б) Ниобий - сверхпроводящий металл; его проводимость при температуре ниже критической температуры $T_{c}$ становится бесконечной. Простое объяснение этого явления заключается в следующем. При температуре ниже критической электроны в ниобии оказываются связанными между собой посредством взаимодействия с фононами. В силу коллективного движения электронов столкновения между ними практически исключены. Поэтому в сверхпроводнике отсутствует ограничение тока в отличие от несверхпроводящего металла, где столкновения электронов играют решающую роль и вызывают переход электрической энергии в тепловую.
в) Германий - полупроводник. При очень низкой температуре большинство электронов занимает низшие энергетические уровни, и средняя энергия связи становится много больше энергии теплового движения ($3kT/2$). Количество электронов в зоне проводимости уменьшается; следовательно, при низких температурах германий имеет плохую проводимость.
При комнатной температуре измеряют проводимость следующих материалов: меди высокой чистоты, германия д-типа и ниобия. Затем образцы погружают в жидкий гелий (при температуре 4 К) и снова проводят измерения. Изменится ли проводимость каждого материала? (Дайте лишь качественное объяснение.) В какую сторону? Почему?
Решение:
а) Медь - нормальный металл; при понижении температуры его проводимость увеличивается. Эю происходит потому, что при понижении температуры энергия теплового движения электронов и атомов в металле уменьшается. Следовательно, число столкновений электронов между собой и электронов с атомами падает. Электрический ток при этом испытывает меньшее сопротивление, и проводимость увеличивается.
б) Ниобий - сверхпроводящий металл; его проводимость при температуре ниже критической температуры $T_{c}$ становится бесконечной. Простое объяснение этого явления заключается в следующем. При температуре ниже критической электроны в ниобии оказываются связанными между собой посредством взаимодействия с фононами. В силу коллективного движения электронов столкновения между ними практически исключены. Поэтому в сверхпроводнике отсутствует ограничение тока в отличие от несверхпроводящего металла, где столкновения электронов играют решающую роль и вызывают переход электрической энергии в тепловую.
в) Германий - полупроводник. При очень низкой температуре большинство электронов занимает низшие энергетические уровни, и средняя энергия связи становится много больше энергии теплового движения ($3kT/2$). Количество электронов в зоне проводимости уменьшается; следовательно, при низких температурах германий имеет плохую проводимость.
