Янтарь против стекла? Основные свойства и классификация природных алмазов I. Организационный момент

Тема урока. Электризация тел. Два рода зарядов

Цель урока. Познакомить учащихся с явлением электризации тел. Доказать существование двух типов зарядов и объяснить их взаимодействие.

Задачи урока.

Образовательная . Формирование знаний, касающихся условий электризации тел.

Развивающая . Развитие навыков в определении заряда наэлектризованных тел.

Воспитывающая.

Демонстрации. Электризация эбонита и оргстекла трением, обнаружение заряда на этих телах по притяжению кусочков бумаги, струйки воды, линейки и листочков султана; электризация обоих соприкасающихся тел; наличие двух родов электрического заряда; взаимодействие листочков двух бумажных султанов, заряженных сначала разноименно, а затем одноименно.

Ход урока

1. Оргмомент.

Итоги контрольной работы , замечания, краткая характеристика наиболее часто встречающихся ошибок.

2. Основной материал.

Наука об электрических явлениях зародилась еще до нашей эры, начавшись с наблюдения за электрическими свойствами янтаря. В отличие от механики - науки о движении, давлении, равновесии, наука об электричестве до VI века так и оставалась в зачаточном "янтарном" состоянии. Почему в янтарном?

Греческий философ Фалес Милетский, живший в 624 – 547гг. до н. э., открыл, что янтарь, потертый о мех, приобретает свойство притягивать мелкие предметы – пушинки, соломинки и т. п. Это свойство в течение ряда столетий приписывалось только янтарю, от названия которого и произошло слово «электричество».

Возьмем пластмассовую расческу или авторучку и проведем ею несколько раз по сухим волосам или шерстяному свитеру. Как ни удивительно, но после такого простого действия пластмасса приобретет новое свойство: начнет притягивать мелкие кусочки бумаги, другие легкие предметы и даже тонкие струйки воды.

До Нашей эры не было пластмассовых расчесок и авторучек. Однако и в те времена подобные явления были хорошо известны. Для опытов по электризации трением брали окаменевшую смолу деревьев – янтарь – и натирали его шерстью. После этого и янтарь, и шерсть начинали притягивать к себе сухие травинки и пылинки. По-гречески янтарь – это "электрон". Отсюда и произошло современное слово "электричество" и название наэлектризованные тела.

Опыты показывают, что два тела – наэлектризованное и ненаэлектризованное – всегда притягиваются. Примеры: пластмассовая авторучка и тонкая струйка воды, янтарь и сухие травинки. Опыты также показывают, что два тела, наэлектризованные трением друг о друга, тоже всегда притягиваются. Например, наэлектризовавшись трением о наше тело (при ходьбе, движениях рук и ног) шелковая рубашка или юбка притягивается, "липнет" к телу.

Демонстрация опытов : Электризация эбонита и оргстекла трением, обнаружение заряда на этих телах по притяжению кусочков бумаги, струйки воды, линейки и листочков султана.

По мере проведения опытов учитель задает вопросы:

Как можно определить, заряжены ли тела? Как показать, что при соприкосновении электризуются оба тела? Приведите примеры электризации тел, которые вы наблюдали в домашних условиях. При каких обстоятельствах это происходило?

После обсуждения демонстраций делаются выводы:

а) явления, в которых тела приобретают свойства притягивать другие тела, называют электризацией;

б) в электризации всегда участвуют два тела. При этом электризуются оба.

Для обнаружения наэлектризованных тел служат специальные приборы – электроскопы. Внешний вид прибора вы видите на рисунке. Цилиндрический корпус (1) закрыт стеклом (2). Внутрь прибора вставлен металлический стержень (3) с легкоподвижными лепестками (4). От металлического корпуса прибора стержень отделен пластмассовой втулкой (5). Если выступающей части стержня коснуться каким-нибудь наэлектризованным телом, то лепестки отклонятся друг от друга.

Наэлектризуем эбонитовую палочку шерстяной варежкой, а стеклянную палочку – шелковым платком. Подвесив палочки на нитях, увидим, что эбонит и шерсть, стекло и шелк притягивают друг друга, а стекло и шерсть, эбонит и шелк отталкиваются друг от друга:

Отталкивающиеся заряженные тела в физике условились называть одноименно заряженными. А притягивающиеся заряженные тела условились называть разноименно заряженными.

До XVIII века ученые не делали различий между "стеклянным", "шерстяным", "шелковым" и другими видами электричества. Однако в 1733 году французский ученый Ш. Дюфэ выяснил, что существует электричество двух родов, в высокой степени отличных один от другого. "Один род я называю стеклянным электричеством, другой - смоляным... Тело, наэлектризованное стеклянным электричеством, отталкивает все тела со стеклянным электричеством, и, обратно, оно притягивает тела со смоляным электричеством".

Как видите, Ш. Дюфэ обнаружил, что "стеклянным" электричеством можно наэлектризовать не только стекло, а любое тело (см. подчеркнутую фразу). Взгляните на рисунок справа. Верхней эбонитовой палочке мы передали некоторое количество "стеклянного" электричества, и она начала отталкивать стеклянную палочку. Нижняя же эбонитовая палочка наэлектризована как обычно: трением о шерсть или мех.

Полвека спустя термины "стеклянное" и "смоляное" электричество были заменены на другие: "положительный" и "отрицательный" заряд. Эти названия сохранились до сегодняшнего дня:

+q – положительный заряд (так заряжается стекло, потертое о шелк; шерсть, потертая об эбонит).

–q – отрицательный заряд (заряд шелка при трении о стекло; заряд эбонита при трении о шерсть).

Рождение учения об электричестве связано с именем Уильяма Гильберта (1540 – 1603, Англия). Он был одним из первых, утвердивших опыт, эксперимент как основу исследования. Он показал, что при трении электризуется не только янтарь, но и многие другие вещества и что притягивают они не только пылинки, но и металлы, дерево, листья, камешки и даже воду и масло. Он установил, что свойство притягивать легкие предметы после натирания, кроме янтаря, приобретают также и алмаз, сапфир, аметист, горный хрусталь, сера, смола и некоторые другие тела. Гильберт их назвал "электрическими", то есть "подобными янтарю". Все прочие тела, в первую очередь металлы, которые не обнаруживали таких свойств, он назвал "неэлектрическими". Так в науку вошел термин "электричество", и было положено начало систематическому изучению электрических явлений.

Следующим этапом в развитии учения об электричестве были опыты немецкого ученого Отто фон Герике (1Он сконструировал первую электрическую машину, представлявшую собой большой шар из серы, вращавшийся на железной оси. При натирании шара ладонью он сильно электризовался и мог электризовать другие тела. Используя свою машину, Герике впервые наблюдал отталкивание наэлектризованных тел и слышал треск электрических искр. С помощью этого прибора Герике обнаружил, что кроме притяжения, существует и электрическое отталкивание.

С начала XVIII века электрическими экспериментами увлекаются члены Лондонского Королевского научного общества. Они наблюдают электрическое притяжение не только в воздухе, но и в вакууме . Усовершенствование электрических машин, в которых серный шар был заменен стеклянным, а ладони – специальными подушками, привело к возникновению в обществе огромного интереса к электричеству. С середины XVIII века электрические опыты проводились в светских салонах и королевских дворцах, на заседаниях ученых обществ и в частных домах.

4. Закрепление. Разбирается ряд качественных задач по теме.

· Какие опыты доказывают, что существуют электрические заряды двух видов?

Каждая частица в кристаллической решетке (ион, атом или молекула) испытывает силы межмолекулярного взаимодействия. Равновесное расположение всех частиц твердого тела в узлах кристаллической решетки соответствует минимуму свободной энергии кристалла и наиболее устойчивому его состоянию. При этом частицы в узлах решетки располагаются на некоторых равновесных расстояниях друг от друга, называемых периодом кристаллической решетки .

В зависимости от того, какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки, различают следующие четыре типа решеток: ионную, атомную, молекулярную и металлическую.

В узлах ионной решетки чередуются отрицательные и положительные ионы. Благодаря электрическим взаимодействиям они образуют устойчивую структуру кристалла. Подавляющее большинство кристаллов имеют именно ионную решетку. Типичным примером ионной решетки является изображенная на рис. 35.1 решетка каменной соли . В ней чередуются ионы и . В газообразном состоянии хлористый натрий состоит из молекул, в которых объединены попарно ионы натрия с ионами хлора. В кристалле молекулы утрачивают обособленное существование. Ионный кристалл состоит не из молекул, а из ионов. Весь кристалл в целом можно рассматривать как одну гигантскую молекулу.

В узлах молекулярной решетки (см. рис. 35.2) размещаются полярные молекулы. Разноименно заряженные частицы двух соседних молекул притягиваются и связывают молекулы в кристаллическую решетку. Таким образом, между молекулами кристалла действуют те же силы, что и между молекулами реального газа. Эти силы называют еще силами Ван-дер-Ваальса. По сравнению с ионными, молекулярные решетки не такие прочные, они легко деформируются. Такие решетки имеют вода (лед), углекислота (сухой лед), азот, кислород, водород, а также резина, парафин, целлюлоза и многие другие кристаллы.

В атомных решетках нейтральные атомы соседних узлов связаны между собой валентными электронами. Орбиты электронов смещаются так, что электрон движется по орбите, охватывающей два соседних атома, и таким образом, связывает их между собой. Так осуществляется связь атомов в молекулах с ковалентной связью.

В качестве примера рассмотрим атомные решетки алмаза и графита. Эти кристаллы идентичны по своей химической природе – они построены из атомов углерода, но отличаются строением решетки. В кристалле алмаза (см. рис. 35.3) соседние атомы углерода размещены на одинаковом расстоянии 154 пм друг от друга. Они одинаково и очень тесно связаны во всех направлениях, что является причиной чрезвычайной прочности и твердости алмаза. Каждый четырехвалентный атом углерода размещается в центре правильной четырехгранной пирамиды – тетраэдра, в вершинах которой находятся четыре его ближайших соседа, с которыми он связан валентной связью. Такую же решетку, как у алмаза, имеют типичные полупроводники – германий и кремний .

Кристаллическая решетка графита (см. рис. 35.4) имеет совершенно другое строение. Она состоит из ряда параллельных слоев атомов. Каждый слой заполнен тесно связанными между собой атомами углерода, размещенными в вершинах правильного шестиугольника на расстоянии 142 пм друг от друга. Между соседними атомами, лежащими в одном слое, осуществляется прочная валентная связь Атомы соседних слоев слабо связаны друг с другом, так как расстояние между соседними слоями более чем вдвое превышает расстояние между атомами шестиугольника и равняется 340 пм. В этом направлении связь осуществляется слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Поэтому кристалл графита легко скалывается вдоль этих слоев (плоскостей спайности), он мягок и легко крошится. Это позволяет изготовлять из графита грифели карандашей, щетки электродвигателей, сухие смазки, используемые, например, для уменьшения трения между листами рессоры автомобиля. Поскольку лишь три валентных электрона атома углерода из четырех принимают участие в образовании валентных связей с соседними атомами, четвертый электрон оказывается слабо связанным с атомом. Именно такие электроны обеспечивают электропроводность графита, тогда как алмаз не является проводником электрического тока.

Из всех известных драгоценных камней алмаз самый простой по своему химическому составу: он состоит только из одного элемента - углерода. Можно сказать, что природа превзошла самое себя, когда создала из одного и того же элемента два, столь разные вещества, как твердый, блестящий и прозрачный алмаз и мягкий, жирный на ощупь, непрозрачный графит. Сравнительная характеристика свойств алмаза и графита приведена в табл. 1.

Природа алмаза долгое время оставалась загадочной. Вначале его приравнивали по составу к горному хрусталю (чистому кварцу), и только в XVII в. была открыта принадлежность алмаза к горючим телам. В 1649 г. флорентийские академики в своем знаменитом опыте по сжиганию алмаза в солнечных лучах, сфокусированных с помощью линзы, установили, что алмазы исчезают при сильном нагревании, но при этом они дали неверное толкование наблюдаемому явлению, полагая, что алмаз испаряется. Позднее было установлено, что алмазы попросту сгорают.

После открытия М. В. Ломоносовым в 1748 г. закона сохранения вещества, который затем 40 лет спустя был подтвержден французским химиком Лавуазье, бесследное исчезновение алмазов при нагревании потребовало другого объяснения, которое бы не противоречило этому всеобщему закону. Вот почему сам Лавуазье занялся опытами с алмазами. Им было установлено, что алмаз при сильном нагревании и свободном доступе воздуха не испаряется, а сгорает с образованием углекислоты. Своими опытами Лавуазье впервые доказал, что алмаз состоит из чистого углерода. Такое известие вызвало сенсацию, настолько невероятным было сопоставление драгоценного камня с углеродом, который до этого был известен в форме таких малоценных материалов, как графит, сажа, уголь.

Алмаз и графит представляют собой две полиморфные модификации углерода (рис. 1). Кроме углерода в кристалле алмаза всегда присутствует некоторое количество примесей, составляющих не более десятых долей процента, но иногда доходящих (в виде включений посторонних минералов) до 5 %. Основные химические элементы-примеси в алмазе - азот, кислород, водород, железо, титан, марганец, кремний, алюминий, реже встречаются и некоторые другие. Азот является одной из характерных примесей, оказывающих существенное влияние на ряд свойств алмаза, в частности на его люминесценцию (свечение). Железистые загрязнения придают алмазу оранжево-желтые оттенки.

Алмаз весьма устойчивый минерал. Он стоек к кислотам и щелочам. Растворимость алмаза во всех кислотах, даже концентрированных, практически равна нулю. Даже фтористоводородная кислота и царская водка (смесь в определенной пропорции азотной и соляной кислот) не действуют на алмаз. Поэтому, образовавшись при высоких давлениях и температурах в глубинах Земли, алмаз практически не подвергается химическим превращениям в условиях земной поверхности и сохраняется без изменения в течение многих сотен миллионов лет.

Вместе с тем алмаз может быть легко разрушен (окисляется и сгорает) в смеси соды с расплавленной натриевой или калиевой селитрой. Расплавленные карбонаты щелочей при 1000-1200 °С также превращают алмаз в окись углерода. Установлено, что сера слабо реагирует с алмазом при нагревании выше 600 °С. При нагревании до 800 °С в присутствии железа или сплавов на его основе алмаз растворяется. Именно поэтому алмазные резцы не получили применения при обработке стали и чугуна.

Алмаз с чистой поверхностью не смачивается водой (гидрофобен), но обладает способностью прилипать к некоторым жировым смесям. Гидрофобностью алмаза объясняются его проникновение ниже слоев смоченных водой гравийно-песчаных отложений и осаждение в природных и искусственных условиях вместе с минералами, имеющими значительно большую, чем у алмаза, плотность (например, гранаты, ильмениты и др.). Эти минералы являются, таким образом, спутниками алмаза в речных отложениях и помогают геологам при поисках алмазных месторождений: их присутствие служит поисковым признаком на алмазы.

Электричество и магнетизм в XVII в. Нам осталось рассмотреть достижения доныотоновской физики в области изучения электричества, магнетизма и света. Младенческая пора в истории электричества и магнетизма заканчивается Портой. Новая эра в изучении электромагнитных явлений открывается знаменитым сочинением Гильберта (Вильям Гильберт, придворный врач английской королевы Елизаветы, родился в 1540 г., умер в 1603 г.) «О магните, магнитных телах и о большом магните. Новая физиология» (1600 г.).

Отказавшись от фантастических домыслов и басен, Гильберт в своих исследованиях применяет к электрическим и магнитным явлениям экспериментальный метод. Результаты, полученные им таким путём, поистине замечательны.

Вопреки общепринятому в то время мнению, по которому компас направляется к некоторой небесной точке, Гильберт полагает причиной направляющего действия на магнитную стрелку магнетизм Земли. Для проверки своей теории он изготовляет намагниченный шар и показывает, что магнитная стрелка, на этом шаре ведёт себя, как компас на земной поверхности, наклоняясь на разных широтах, под разными углами. Значительно труднее Гильберту было объяснить магнитное склонение, так как он полагал, что географические и магнитные полюса, совпадают. Ему пришлось допустить, что вода океанов, немагнитна, что и обусловливает отклонение стрелки вблизи берегов.

Продолжая исследование магнитных явлений, Гильберт открыл магнитную индукцию. Он установил, что стальной якорь усиливает магнитное действие, что железо и сталь намагничиваются влиянием, причём сталь сохраняет магнитные свойства. Ему удалось намагнитить железные проволоки магнитным полем Земли. Наконец, ему же принадлежит открытие факта неотделимости магнитных полюсов.

Обратившись к электрическим явлениям, Гильберт нашёл, что свойством притяжения обладает не только натёртый янтарь, а и ряд других тел (алмаз, сапфир, аметист, горный хрусталь, сланцы, сера, смолы и др.), которые он назвал электрическими, введя, таким образом, этот термин в науку. Ему удалось наэлектризовать свыше двух десятков тел. Другие же тела, и в первую очередь металлы, как он полагал, не электризуются. Сравнение электрических и магнитных явлений привело Гильберта к убеждению в глубоком их различии. Своё мнение он обосновывал следующими; доводами:

1) Электрические свойства возбуждаются (трением), магнитные же присущи намагниченным телам по природе.

2) Магнитные действия бывают двух родов: притягательные и отталкивательные, электрические же - только притягательные (электрических отталкиваний Гильберт не знал).

3) Электрические притяжения слабее магнитных, но зато универсальны.

4) Электрическую силу можно уничтожить влажностью, магнитную - нет.

В соответствии с этим Гильберт полагает, что магнетизм, так же как. и тяжесть, есть некоторая изначальная сила, исходящая из тел, в то время, как электризация обусловлена выжиманием из пор тела особых истечений, в результате трения. Роль обеих этих сил в природе оказывается, таким, образом, глубоко различной. Это подчёркивание Гильбертом различной природы электричества и магнетизма наложило глубокий отпечаток на, всю последующую историю электромагнетизма, в которой до Ампера и Фарадея обе группы явлений рассматривались изолированно друг от друга.

Сочинение Гильберта явилось уникумом, и в XVII в. к его результатам было добавлено мало. Галилей в «Диалоге» подтверждает наблюдение Гильберта об усилении действия магнита арматурой и в следующих замечательных выражениях характеризует историческую роль Гильберта:

«Воздаю хвалу, дивлюсь, завидую Гильберту. Он развил достойные удивления идеи о предмете, о котором трактовало столько гениальных людей, но который ни одним из них не был изучен внимательно. Высочайшей похвалы заслуживает он, по мнению моему, за то, что произвёл такое количество новых и точных наблюдений, к посрамлению пустого и лживого автора (Галилей имеет в виду Порту), который не только пишет о том, что сам знает, но передаёт всё, что пришло к нему от невежественных глупцов, не заботясь проверить опытом сообщённое и, повидимому, затем, чтобы книга была толще. Гильберту недостаёт только побольше математики и особенно геометрии. Большое знакомство с нею не позволило бы ему так решительно признавать доказательством те основания, которые он приводит как причину фактов, им правильно наблюдавшихся.

Я не сомневаюсь, что со временем эта отрасль науки сделает успехи как вследствие новых наблюдений, так и в особенности вследствие строгой методы доказательств. Но это не умаляет славы первого изобретателя. Я первого изобретателя лиры - как ни груб по устройству и звуку был его инструмент - ставлю не только не ниже, а много выше сотни других художников, которые довели эту отрасль до совершенства. Другие основательно, по мнению моему, первых изобретателей благородных инструментов причисляли к богам… От простейших вещей восходить к великим открытиям и под первыми ребяческими очертаниями предчувствовать скрытое удивительное искусство не дело дюжинных людей: такие прозрения и мысли принадлежат гениям сверхчеловеческой силы».

Поразительна прозорливость Галилея, предугадавшего развитие математической теории электромагнитных явлений и правильно оценившего основоположное значение работ Гильберта. Труды «дюжинных людей» XVII в., вроде «Магнитного искусства» Кирхера (1634) и «Магнитной философии» Кабео (1639), представляют шаг назад по сравнению с творением Гильберта. Описание забав и фокусов (вроде «магнитного ежа») сочетается в них с фантастическими вымыслами, схоластическими теориями и с крупицами действительных наблюдений. Только Герике, построившему прообраз электрической машины (серный шар, вращавшийся на железной оси, электризовался трением об руку), удалось сделать существенные наблюдения: электрическое отталкивание и распространение электрической силы по проводнику, но его открытия остались незамеченными.

Значительно больших результатов, представляющих большой практический интерес, удалось достичь в области земного магнетизма. В 1625 г. Генри Геллибранд открывает вариацию магнитного отклонения и результаты своих наблюдений опубликовывает в 1635 г. С тех пор становится ясной необходимость систематического изучения элементов земного магнетизма. Многолетние наблюдения и экспедиции делают особенно ценными работы Галлея, опубликовавшего первые карты с изогоническими линиями и выдвинувшего теорию вариации склонения. Работы Галлея падают на последние годы века (1683-1702) и завершают первый круг в развитии учения о земном магнетизме.

Физические свойства твердых тел, и в первую очередь их электрические свойства, определяются не тем, как образовались зоны, а тем, как они заполнены. С этой точки зрения все кристаллические тела можно разделить на две принципиально различные группы.

Проводники . В первую группу входят тела, в энергетическом спектре которых над целиком заполненными зонами располагается зона, заполненная частично (рис. 10, а). Как мы видели, частичное заполнение зон наблюдается у щелочных металлов, у которых верхняя зона образуется из незаполненных атомных уровней, а также у кристаллов щелочноземельных элементов, верхняя зона которых благодаря перекрытию заполненных и пустых зон является гибридной. Все тела, входящие в первую группу, являются проводниками.

Полупроводники и диэлектрики . Во вторую группу объединяются тела, у которых над целиком заполненными зонами располагаются совершенно пустые зоны (рис. 10, б, в). В эту группу входят и кристаллы, имеющие структуру алмаза, такие, как кремний, германий, серое олово, собственно алмаз и др. К этой группе относятся и многие химические соединения - окислы металлов, карбиды, нитриды металлов, корунд (Аl 2 O 3) и др. Вторая группа твердых тел объединяет полупроводники и диэлектрики. Самая верхняя заполненная зона в группе этих кристаллов называется валентной зоной, а находящаяся над ней первая пустая зона - зоной проводимости. Самый верхний уровень валентной зоны называется потолком валентной зоны и обозначается (индекс υ происходит от английского слова valency - валентность). Самый нижний уровень зоны проводимости называется дном зоны проводимости и обозначается W c (индекс с происходит от английского слова conductivity - проводимость).

Принципиальной разницы между полупроводниками и диэлектриками нет. Деление их в пределах второй группы довольно условно и определяется шириной зоны запрещенных энергий W g , отделяющей целиком заполненную зону от пустой. Тела, имеющие ширину запрещенной зоны эВ, относят в подгруппу полупроводников. Типичными представителями их являются германий кремний арсенид галлия антимонид индия InSb (W g ≈ 0,2 эВ).

Тела, у которых W g > 3 эВ, относят к диэлектрикам. Широко известными диэлектриками являются корунд (W g ≈ 7 эВ), алмаз (W g > 5 эВ), нитрид бора и др.

Условность деления твердых тел в пределах второй группы на диэлектрики и полупроводники подчеркивается тем, что многие общепризнанные диэлектрики в настоящее время начинают использоваться в технике как полупроводники. Так, уже сегодня в полупроводниковых устройствах применяется карбид кремния с шириной запрещенной зоны около 3 эВ. И даже такой классический представитель группы диэлектриков, как алмаз, в последнее время изучается в плане возможного использования его в полупроводниковой технике.

Степень заполнения зон электронами и проводимость кристаллов . Рассмотрим свойства кристалла с частично заполненной верхней зоной при абсолютном нуле температуры (Т = 0). В этих условиях в отсутствие внешнего электрического поля все электроны займут самые нижние уровни в зоне, располагаясь на них попарно в соответствии с принципом Паули.

Создадим теперь в кристалле внешнее электрическое поле с напряженностью Е. Поле это будет действовать на каждый электрон с силой F = -eE. Приобретение ускорения электроном означает увеличение его энергии, что должно сопровождаться переходом электрона на более высокие уровни. Поскольку в частично заполненной зоне имеется много свободных энергетических уровней, то такие переходы оказываются вполне возможными. А так как энергетическое расстояние между уровнями очень мало, то даже ничтожные электрические поля вызывают переход электронов на более высоко расположенные уровни. Таким образом, в твердых телах с частично заполненной зоной внешнее электрическое поле увеличивает скорость движения электронов в направлении действия силы со стороны этого поля, что и означает появление электрического тока. Именно такие тела мы называем проводниками.

В отличие от проводников тела, характеризующиеся наличием только заполненных или пустых зон, не способны проводить электрический ток. Внешнее поле в таких твердых телах не может создать направленное движение электронов, так как приобретение электроном дополнительной энергии за счет действия поля означало бы переход его на более высокий уровень; между тем уровни валентной зоны все заняты. В пустой же зоне проводимости, хотя и много свободных мест, нет электронов, а практически используемые электрические поля оказываются не способными сообщить электронам такую энергию, чтобы перевести их из валентной зоны в зону проводимости (здесь исключаются из рассмотрения электрические поля, способные вызвать пробой диэлектрика). В силу всех этих причин даже в полупроводниках внешнее поле не может вызвать появление электрического тока. Вот почему при температуре, соответствующей абсолютному нулю, полупроводник в отношении электропроводности ничем не отличается от диэлектрика.