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Vidéo de question : Electrons libres dans un semi-conducteur pur en fonction de la température Physique

Dans un semi-conducteur pur à une température de 320 K, le nombre d’électrons libres dans le semi-conducteur est 𝑛. La température du semi-conducteur est augmentée à 420 K. Lequel des énoncés suivants décrit correctement comment 𝑛 varie ? Le semi-conducteur est à l’équilibre thermique aux deux températures. [A] 𝑛 augmente. [B] 𝑛 diminue. [C] 𝑛 reste constant.

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Transcription de vidéo

Dans un semi-conducteur pur à une température de 320 kelvins, le nombre d’électrons libres dans le semi-conducteur est 𝑛. La température du semi-conducteur est augmentée à 420 kelvins. Lequel des énoncés suivants décrit correctement comment 𝑛 varie ? Le semi-conducteur est à l’équilibre thermique aux deux températures. (A) 𝑛 augmente. (B) 𝑛 diminue. (C) 𝑛 reste constant.

Dans cet exemple, nous travaillons avec un semi-conducteur pur. Un exemple est le silicium. Un atome neutre de silicium a quatre électrons dans sa couche de valence. Cela signifie que lorsque les atomes de silicium forment un réseau, un certain partage d’électrons se produit, de sorte que les atomes intérieurs de ce réseau ont un entourage complet de huit électrons de valence. D’un point de vue énergétique, il ne faut pas fournir beaucoup d’énergie à l’un de ces électrons de valence pour le libérer et le transformer en un électron libre.

Notre question nous dit que lorsqu’un réseau d’atomes de silicium a une température de 320 kelvins, il y a 𝑛 électrons libres qui errent à travers ce réseau. La raison pour laquelle il y a des électrons libres dans un tel échantillon est due au transfert d’énergie thermique aux électrons de valence dans le réseau. Comme nous l’avons dit, si suffisamment d’énergie est transférée à un tel électron, il devient libre. L’énergie thermique disponible pour ce faire dépend de la température du réseau. Plus la température est élevée, plus l’énergie thermique est disponible pour que les électrons de valence deviennent des électrons libres. Plus la température est élevée, plus il y a d’électrons libres dans un réseau.

Cela nous montre alors comment répondre à notre question. Si le nombre d’électrons libres dans notre semi-conducteur à une température de 320 kelvin est 𝑛, alors ce nombre doit augmenter lorsque nous augmentons la température du semi-conducteur. Nous choisissons donc l’option de réponse (A) 𝑛 augmente.

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