نسخة الفيديو النصية
أي من الآتي يصف وصفًا صحيحًا الاتجاه الكلي لحركة الإلكترونات الحرة في شبكة سليكون؟ أ: تكون الحركة الكلية للإلكترونات الحرة عبر أطول ضلع للشبكة. ب: تكون الحركة الكلية للإلكترونات الحرة عبر أقصر ضلع للشبكة. ج: لا توجد حركة كلية للإلكترونات الحرة. د: تكون الحركة الكلية للإلكترونات الحرة دورية.
في البداية، علينا أن نتذكر أن الإلكترونات الحرة إلكترونات عالية الطاقة غير مرتبطة ارتباطًا شديدًا بذرة واحدة معينة. لكنها تعرف باسم حاملات الشحنة الحرة؛ لأنها قادرة على التحرك بحرية نسبيًّا حول شبكة السليكون، وهذا يساعد على جعل المادة أكثر توصيلية. لهذا السبب تعتبر الإلكترونات الحرة مفيدة في أشباه الموصلات. إنها جسيمات مشحونة متاحة للاستجابة بسهولة لفرق الجهد المطبق. من ثم، شبه الموصل قادر على توصيل الكهرباء أو تسهيل تدفق الشحنة الكهربية.
لكن نلاحظ في هذا السؤال أنه لم يذكر أي فرق جهد مطبق على الشبكة، وهو ما كان سيحرك الإلكترونات في اتجاه ما، كما لم يذكر أيضًا أي فرق في كثافة الإلكترونات في إحدى مناطق الشبكة مقارنة بمنطقة أخرى. على الرغم من أن أيًّا من هذين الأمرين سيؤثر على الاتجاه العام لحركة الإلكترونات الحرة في الشبكة، فليس هذا ما يطلبه منا السؤال.
لكن الإلكترونات الحرة في حد ذاتها أيضًا لا تظل ساكنة. بل إنها تتحرك باستمرار بسبب طاقتها الحرارية. كما تتصادم بشكل متكرر مع الإلكترونات الحرة والذرات الأخرى في الشبكة. يتسم هذا النوع من الحركة، الذي يتحرك فيه الجسيم بسرعة ويتعرض للتصادمات، بعشوائيته الواضحة. من المحتمل أن يعاد توجيه الإلكترون الحر في أي اتجاه وفي أي وقت على حد سواء، هذا يعني أن أي إلكترون حر تكون إزاحته الكلية عادة صفرًا.
بمعرفة ذلك، يبدو أن خيار الإجابة ج هو الخيار المناسب. صحيح أن الإلكترونات الحرة بوجه عام تتعرض لحركة عشوائية بسبب التصادمات المتكررة. وهذه الحركة العشوائية لا تمثل الحركة الكلية للإلكترونات في أي اتجاه معين. من ثم، نعلم أن خيار الإجابة ج صحيح. لا توجد حركة كلية للإلكترونات الحرة في شبكة سليكون.
