Elektronen im Leitungsband

winkelmu · Anmeldungsdatum: 02.04.2006 Beiträge: 203 Wohnort: Uelzen

Hallo, wer kann helfen:
Sie legen an ein Metall ein elektrisches Feld an. Welche Elektronen im Leitungsband können Energie aufnehmen?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Was weißt du denn schon über Leitungsbänder in Metallen?

Sind sie ganz gefüllt, so dass man eine große Portion Energie benötigt, um die Elektronen bis ins nächsthöhere Band anzuregen?

Oder sind sie nur teilweise gefüllt, so dass eine sehr kleine Energie ausreicht, um die Elektronen in einen angeregten, frei beweglichen Zustand zu heben?

und noch ein Tipp: Durch Anlegen einer äußeren Spannung wird eine vergleichsweise kleine Anregungsenergie zugeführt.

winkelmu · Anmeldungsdatum: 02.04.2006 Beiträge: 203 Wohnort: Uelzen

Ich weiß soviel, dass die Elektronen in einem vollbesetzten Band keine Energie aufnehmen können und ein voll besetztes Band nichts zur Leitfähigkeit eines Festkörpers beiträgt.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Gut, dann weißt du auch sicher (oder kannst es leicht erraten), ob das Leitungsband in Metallen voll besetzt ist oder nicht?

winkelmu · Anmeldungsdatum: 02.04.2006 Beiträge: 203 Wohnort: Uelzen

Ja es gibt welche, die sich Elektronengas nennen. Aber soll das schon die Antwort auf die frage sein, ich meine auf die Gesamtfrage.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Das versteh ich grade nicht ganz, meinst du damit:

"Es gibt Elektronen im Leitungsband der Metalle, die sich Elektronengas nennen." ?

Und was meinst du also, ist deine (gewusste oder gern auch einfach geratene) Antwort auf meine Frage "voll oder nicht voll" ?

winkelmu · Anmeldungsdatum: 02.04.2006 Beiträge: 203 Wohnort: Uelzen

Ich habe gerade in einem Buch gefunden, dort steht:
Das nächste mögliche Band, das von Elektronen besetzt werden kann, heißt Leitungsband, weil hier die Elektronen über die für einen Stromtransport nötige Verschieblichkeit verfügen. Es erhebt sich nunmehr die Frage, wie können Elektronen über die verbotene Zone ins Leitungsband gelangen? Mit einer bestimmten Energie, deren Größe von der Breite des verbotenen Bandes abhängig ist, müßte ein Überspringen dieser Zone möglich sein. Bekanntlich ist die in erster Linie thermisch bedingte Energie der Teilchen nicht gleichmäßig verteilt. Da in einem Gas mit geringer gegenseitiger Wirkung der Teilchen aufeinander die Verteilungsverhältnisse ähnlich sind, spricht man auch von einem Elektronengas.
Daher bin ich darauf gekommen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ach so, dann hast du in deinem Buch etwas über Halbleiter gefunden.

Für Metalle braucht man gar nicht so wie bei Halbleitern zwischen Valenzband und Leitungsband unterscheiden.

Denn bei den Metallen ist das oberste von Elektronen besetzte Band ja nur teilweise mit Elektronen gefüllt (also "nicht voll"), darum hat jedes beliebige Elektron in diesem obersten Band genug freie Anregungszustände zur Verfügung, in die es schon mit sehr kleiner Anregungsenergie (also durch Anlegen einer Spannung) angeregt werden kann.

Darum leiten die Elektronen im obersten besetzten Band in Metallen Strom, und darum liegt es nahe, dieses Band bei Metallen gleich schon als Leitungsband zu bezeichnen.

Darum lautet also die Antwort: Jedes beliebige Elektron im Leitungsband eines Metalls kann Energie aufnehmen (wenn diese wie beschrieben die kleine Energie vom Anlegen einer Spannung ist).

winkelmu · Anmeldungsdatum: 02.04.2006 Beiträge: 203 Wohnort: Uelzen

Ok, danke dir.
Hab jetzt noch zwei Fragen:
1. Geben Sie alle Streumöglichkeiten der Elektronen im Metall an.
2. Nach etwa welcher Zeit ist in einem Leiter die Driftgeschwindigkeit erreicht?

Zu 1. hab ich folgendes:
Widerstandserhöhung durch Einbau von unregelmäßigen Störstellen bei reinen Metallen durch legieren.
Widerstandsverringerung beim Übergang zu geordneten Kristallstrukturen.
Widerstandserhöhung durch Einbau von geometrischen Gitterfehlstellen.
Widerstandsverringerung durch Ausheilen von geometrischen Gitterfehlstellen
Widerstandserhöhung durch Vergrößerung der thermischen Vibration
Ist das richtig?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

winkelmu · Anmeldungsdatum: 02.04.2006 Beiträge: 203 Wohnort: Uelzen

Ok danke dir und die Zeit? Ich meine nach etwa welcher Zeit ist in einem Leiter die Driftgeschwindigkeit ereicht?
Darüber hab ich nichts gefunden, nicht in den Büchern noch in meinen Unterlagen, leider.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die Zeit ist ungefähr die Zeit zwischen zwei Streuprozessen, und die bekommst du aus der Gesamtstreurate.

Denn die Bewegung von einem Leitungselektron, das im elektrischen Feld entlang des Drahtes beschleunigt wird, und immer mal wieder gestreut wird, kann man sich ja ungefähr so vorstellen:

Das Elektron wird gleichförmig beschleunigt, knallt dann irgendwo dagegen (wird gestreut) und wird dabei auf Null abgebremst, dann wird es wieder gleichförmig beschleunigt, knallt wieder irgendwo gegen eine Gitterschwingung oder eine Störstelle, u.s.w.

Im Mittel kann man das ganze dann als eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit (= der Driftgeschwindigkeit) bezeichnen. Und die Zeit zwischen zwei Stößen ist dabei grob gesagt (ohne ins Detail zu gehen, wie komplett das Elektron bei jedem Stoß im Mittel abgebremst wird, etc.) ungefähr die Zeit für die Beschleunigung auf die Driftgeschwindigkeit.

winkelmu · Anmeldungsdatum: 02.04.2006 Beiträge: 203 Wohnort: Uelzen

Ok, ich danke dir, du hast mir sehr geholfen.