Werkstoffwissenschaften Nr.5

Für Systeme wie die Elektronen in einem Festkörper ist die Zustandsdichte D(E)...

• die Volumendichte dN möglicher Zustände pro Energieintervall dE

• die Zahl möglicher Zustände dN pro Einheitszelle V ez

• gegeben über D(E) = dN/dV

Was besagt der 1. Hauptsatz der Thermodynamik ?

• Ohne Einwirkungen von außen bleibt die Energie eines Systems konstant

• Es gibt kein Perpetuum Mobile erster Art

• Er beschreibt die Energieverteilung in einem System

• Am absoluten Nullpunkt der Temperatur hat ein Elektronengas endliche Energie

Welche Elektronen tragen in Metallen zur Leitfähigkeit bei ?

• Die aus etwa 4*KB*T breiten Aufweichungszone der Fermi Verteilung

• Nur die Elektronen nahe der Fermikante

• Knapp die Hälfte

• Nur die Elektronen mit E~0

Wie breit ist die Aufweichungszone der Fermi-Verteilung bei T>0 K ?

• 40 eV

• EG/2

• 1,1 eV

• 4*KB*T

Welche Aussagen zum elektrischen Strom sind richtig ?

• Er wird von freien Elektronen getragen

• Die Stärke des Stroms ist proportional zum angelegten Elektrischen Feld

• Alle Elektronen in einem Festkörper tragen zum Stromfluss bei

• Er wird von Valenzelektronen getragen

Welche Aussagen/Formeln für die Entropie sind korrekt?

• In einem geschlossenem System ist die Entropie eine Erhaltungsgröße

• Im thermischen Gleichgewichtzustand hat ein System minimale Entropie

• Die Entropie misst die Menge der gespeicherten ungerichteten Arbeit in einem System

• Die Entropie hängt ab von der Zahl der Mikrozustände zu einem Makrozustand

Was gilt bei Raumtemperatur für die freien Elektronen in einem Metall ohne Äußeres Feld

• Die Elektronen erleiden Stöße und ändern dabei Geschwindigkeit und Richtung

• Es fliest kein Nettostrom

• Sie bewegen sich mit sehr hoher Geschwindigkeit

• Die Elektronen bewegen sich sich frei und ungehindert im Kristallgitter

• Sie bewegen sich mit sehr kleiner Geschwindigkeit

Welche Aussagen zur Fermi-Verteilung sind richtig ?

• Sie gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der Elektronen an einem bestimmten Gitteratom anzutreffen ist

• Für T= 0 K sind alle Elektronen im Grundzustand

• Sie beschreibt die Verteilung der Elektronen auf die Zustände im Kristall

• Für große Energien E>>Ef geht sie in die Boltzmann-Verteilung über

• Für T=0 K geht sie in die Boltzmann-Verteilung über

• Sie gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der ein Zustand bei der Energie E besetzt wird

Wo liegt das Ferminiveau, wenn Silizium mit fünfwertigem Phosphor dotiert wird ?

• Mittig zwischen dem Dotierniveau E [D] und der Leitungsbandkante E [L]

• Mittig zwischen dem Dotierniveau E[D] und der Valenzbandkante E[V]

• Auf dem Dotierniveau E[D]

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt , dass...

• die Erzeugung von Energie aus dem Nichts unmöglich ist

• sich die innere Energie eines Systems ändert, wenn ihm von außen Wärme zugeführt wird oder das System Arbeit leistet

• die Generation von Arbeit durch das Abkühlen eines Wärmereservoirs unmöglich ist

• ein System im thermodynamischen Gleichgewicht eine möglichst große Entropie hat

Was passiert, wenn Silizium mit fünfwertigem Phosphor dotiert wird ?

• Die Leitfähigkeit nimmt zu

• Es entstehen Energieniveaus knapp unterhalb des Leitungsbandes

• Das Silizium ändert seine Farbe

• Es entstehen Energieniveaus knapp oberhalb des Valenzbandes

Richtige Aussagen zur Leitfähigkeit von Festkörpern

• Eine Temperaturerhöhung verbessert die Leitfähigkeit von Halbleitern

• Defekte reduzieren die Leitfähigkeit von Metallen

• Defekte haben keinen Einfluss auf die Leitfähigkeit von Metallen

• Die Leitfähigkeit von Metallen steigt mit der Temperatur

Welche Elektronen tragen in Metallen zur Leitfähigkeit bei ?

• Nur die Elektronen mit E~Ef

• Die aus der etwa 4*KB*T breiten Aufweichungszone der Fermi-Verteilung

Halbleiter haben ...

• Ein voll besetztes Valenzband

• Ein Temperatur abhängigen spezifischen Widerstand

• Eine Bandlücke von etwa ~1eV

• Ein leeres Leitungsband

• Eine Bandlücke von >10 eV

Metalle sind gute Leiter,den sie haben ...

• Ein nur teilweise gefülltes Valenzband

• Ein mit dem Leitungsband überlappendes Valenzband

• Keine freien Elektronen

• Ein vollständig gefülltes Valenzband und eine große Bandlücke

• Kein Leitungsband

• Nur wenige freie Elektronen

Welche Aussagen zum Bändermodell sind richtig ?

• Das Valenzband liegt energetisch oberhalb des Leitungsbandes

• Das Valenzband liegt energetisch unterhalb des Leitungsbandes

• Das Valenzband ist immer voll gefüllt

• Die Bandstruktur ist entscheidend für die elektrische Leitfähigkeit eines Materials

Was passiert, wenn Silizium mit dreiwertigem Gallium dotiert wird

• Es entstehen Energieniveaus knapp unterhalb des Leitungsbandes

• Nichts

• Die Leitfähigkeit nimmt ab

• Es entstehen Energieniveaus knapp oberhalb des Valenzbandes

• Die Leitfähigkeit nimmt zu

Welche der gegebenen Gleichungen beschreibt/beschreiben die Beweglichkeit von Elektronen in leitfähigen Materialien?

Welche Formel beschreibt das Ohmsche Gesetz ?

Welche der gegebenen Gleichungen beschreiben die elektrische Stromdichte ?