Vidole vya Nishati kwenye Kijani

Kulingana na teoria ya Neil Bohr kuhusu muundo wa atomi, zote atomi zimepatikana kuwa na viwango vya nishati vya kila mmoja vyao chungu kwenye msingi mwao (zaidi kuhusu hii inapatikana katika maudhui “Viwango vya Nishati vya Atomi”). Sasa tafakari jinsi ambavyo atomi viwili au zaidi vilivyokua karibu zaidi moja na nyingine. Katika hali hii, muundo wa viwango vya nishati vilivyokuwa vya kila mmoja vya atoma huhamia kuwa muundo wa bandi za nishati. Hiyo ni, badala ya viwango vya nishati vya kila mmoja, unaweza kupata bandi za nishati. Sababu ya kutengeneza bandi hizi za kristali ni uhusiano wao kati ya atomi ambao ni matokeo ya nguvu za elektromagnetiki zinazofanya kazi kati yao.
Fig. 1 inaelezea muundo wa bandi hizi za nishati. Hapa, bandi ya nishati 1 inaweza kutumaini kuwa sawa na viwango vya nishati E1 ya atomi aliyekuja pekee na bandi ya nishati 2 ikifanana na viwango vya nishati E2 na kadogo.

Hii inafanana na kuwaza kwamba elektroni walio karibu zaidi na msingi wa atomi walivyokuwa wamejihusiana wanajenga bandi ya nishati 1, wale wanaotoka katika mzunguko wake wa nje wanapatoa bandi za nishati za juu.

Katika uweli, kila bandi hii inajumuisha viwango vya nishati vingi sana vilivyokuwa vikizifufuli.

Kutokana na fig. 1, ni rahisi kujua kwamba idadi ya viwango vya nishati vinavyopatikana katika bandi fulani ya nishati inongezeka kama bandi ya nishati inongezeka i.e. bandi ya tatu ya nishati inaonekana kuwa zaidi kuliko bandi ya pili ambayo bado inaonekana kuwa zaidi kuliko ya kwanza. Baada ya hii, nchi ndogo kati ya bandi hizi inatafsiriwa kama bandi isiyopatikana au bandi isiyofaa (Fig. 1). Zaidi, wote elektroni wanaotumika katika kristali hawachukuliwi kuwepo katika bandi yoyote ya nishati. Hii inatafsiriwa kwamba elektroni hawawezi kupatikana katika eneo la bandi isiyofaa.

Aina za Bandi za Nishati

Bandi za nishati katika kristali zinaweza kuwa aina mbalimbali. Baadhi yake zitakuwa tayari zisizozipata elektroni kabisa kwa hiyo zitaenda kuitwa bandi isizopata, na baadhi zingine zitakuwa tayari zimewezeshwa kabisa na zitaitwa bandi zilizopata. Mara nyingi, bandi zilizopata zitakuwa ni viwango vya nishati vilivyokuwa chini zaidi ambavyo vilivyokuwa karibu na msingi wa atomi na hazina elektroni wala hawawezi kukusanya nishati, hiyo ni, hawawezi kusaidia utambuzi. Pia kuna seti nyingine ya bandi za nishati ambazo zinaweza kuwa miundombinu ya bandi isizopata na bandi zilizopata zitaitwa bandi zilizomixwa.
Lakini katika kiwango cha teknolojia ya umeme, mtu anahitaji kuwa na maslahi ya upande wa utambuzi. Kwa hiyo, hapa, bandi mbili za nishati zinapata umuhimu mkubwa. Hizi ni

Bandi ya Valence

Bandi hii ya nishati inajumuisha elektroni wa valence (elektroni katika mzunguko wa nje wa atomi) na inaweza kuwa imeweza au imekuwa imeweza kidogo. Katika joto la nyumba, hii ni bandi ya nishati ya juu ambayo inajumuisha elektroni.

Bandi ya Utambuzi

Bandi ya nishati ya chini ya nishati ambayo mara nyingi haipatikani elektroni katika joto la nyumba inaitwa bandi ya utambuzi. Bandi hii ya nishati inajumuisha elektroni walio wafanyiwa huru kutoka kwa nguvu za kutarajiwa na msingi wa atomi.
Kwa umma, bandi ya valence ni bandi ya nishati yenye nishati chini kuliko bandi ya utambuzi na kwa hiyo inapatikana chini ya bandi ya utambuzi katika diagramu ya bandi ya nishati (Fig. 2). Elektroni katika bandi ya valence ni wanaotarajiwa kidogo na msingi wa atomi na wanapiga bandi ya utambuzi wakati material inapata upweke (kama vile ya moto).

Umuhimu wa Bandi za Nishati

Ni wazi kwamba utambuzi wa matumizi ya materials hutolewa na tu elektroni wanaotumika katika materials. Tathmini hii inaweza kurudiwa kwa njia ya teoria ya bandi za nishati kama “elektroni wanaotumika katika bandi ya utambuzi ndiyo wale tu wanaoweza kusaidia utambuzi”. Kwa hiyo, mtu anaweza kugawa matumizi kwa aina tofauti kwa kutazama diagramu yao ya bandi ya nishati.
Kwa mfano, asante, diagramu ya bandi ya nishati inaonyesha uunganisho mzuri kati ya bandi ya valence na bandi ya utambuzi (Fig. 3a), basi, hii inamaanisha kuwa material una nishati mengi ya elektroni wanaotumika, kwa hiyo inaweza kutambuliwa kama material mzuri wa mshambuliaji wa umeme i.e. metali.

Kwa upande mwingine, ikiwa tunayo diagramu ya bandi ya nishati ambayo ina ruwaza kubwa kati ya bandi ya valence na bandi ya utambuzi (Fig. 3b), hii inamaanisha kuwa tuna hitaji kutoa materiali nishati mengi ili kupata bandi ya utambuzi iliyopata. Mara nyingi, hii inaweza kuwa ngumu au mara nyingi si rahisi kufanyika. Hii itakosa bandi ya utambuzi elektroni, kwa hiyo material itafeli kutambuliwa. Basi, aina hizi za materials zitaitwa vivuvi.
Sasa, tuangalie tuwa material ambayo inaoneshwa kuwa na uchomo mdogo kati ya bandi ya valence na bandi ya utambuzi kama inavyoelezwa kwa Fig. 3c. Katika hali hii, tunaweza kutoa nishati kidogo ili kutengeneza elektroni katika bandi ya valence wakati wanaoweka katika bandi ya utambuzi. Hii inamaanisha kuwa ingawa materials hizi mara nyingi ni vivuvi, zinaweza kutengenezwa kutambuliwa kwa kutengeneza wao nje. Basi, materials hizi zitaitwa semiconductors.

Taarifa: Hakikisha unatumia vitabu vya asili, vitabu vizuri ni vizuri kushiriki, ikiwa kuna usurufu tafadhali wasiliana ili kutengeneza.