電気回路について

質問

半導体（２０℃）と電気抵抗が直列で結ばれている回路について、半導体の温度を５０℃に上げて、回路の両端に電圧Eを与えたとき、回路に流れる電流値Iは、２０℃のときと比較して電流は下がると予想したのですが、理由がわかりません。

また、電気抵抗の部分のみを５０℃に上げた時に、２０℃のときと同じ電流値を流すには電圧を上げればいいと予想したのですが、これも理由がわかりません。

回答No.1

sanori · ベストアンサー

電気抵抗の抵抗値は、温度が上昇するにつれて大きくなり、それは、おおむね絶対温度に比例します。

半導体の抵抗値は、温度が上昇するにつれて小さくなり、それは、一次関数的な変化よりもはるかに急激な変化です。

では、以上を踏まえまして、

１つ目
間違っています。
半導体の温度を上げるのですから、抵抗値は下がり、電流は増えます。

２つ目
合っています。
電気抵抗の部分の温度を５０℃に上げるのですから、抵抗値は上がり、電流は減ります。
２０℃のときと同じ電流にするには、電圧を上げることになります。

補足

半導体の温度が上がると抵抗値が下がるというのは、分子振動などが関係しているのでしょうか？

回答No.4

sanori

すみません。

前回の回答で、
「電気抵抗というのは、流れる電子が物質中を通るときに散乱されるため」
と書きましたが、間違っていたかもしれません。
ずっと以前に調べものをしたとき、電気抵抗が生じる要因について違うことを書いている文献かサイトがあったような気がします。

なお、
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa3695654.html
につきましては、残念ながら、知識がないのでお力になれません。
ちなみに、そのご質問は、いわゆる「課題の丸投げ」ということで、スタッフの方によって質問が削除されそうな気がします。
（度々やると、利用停止処分を受ける可能性がありますのでご注意を！）

回答No.3

sanori

＞＞＞半導体の温度が上がると抵抗値が下がるというのは、分子振動などが関係しているのでしょうか？

Ｓｉの結晶には、分子はありません。
温度が上がると、Ｓｉの軌道から電子が飛び出し、その電子が電流に寄与します。
また、電子が飛び出した痕、すなわち、あるべき場所に電子がないという箇所は「ホール」と呼ばれ、あたかもプラスの電子のような挙動を示し、電流に寄与します。

半導体における電子とホールは、水におけるＨ＋とＯＨ－と非常によく似ていて、
電子の濃度　×　ホールの濃度
と
Ｈ＋の濃度　×　ＯＨ－の濃度
は、いずれも温度によって決まる定数となります。

半導体にドナーやアクセプタとなる不純物を導入した場合も、水に酸やアルカリを混ぜた場合と同じで、
上記の濃度積は、温度によって決まる一定値になります。

当然ながら、真性半導体では、
電子の濃度　＝　ホールの濃度
純水では、
Ｈ＋の濃度　×　ＯＨ－の濃度
です。

ちなみに、常温の純水では、
Ｈ＋の濃度　＝　ＯＨ－の濃度　＝　１０の－７乗モル／リットル
ですから、ｐＨ＝７　である、ということはご存知かと思います。

ついでに、普通の電気抵抗についてもコメントしておきますが、
電気抵抗というのは、流れる電子が物質中を通るときに散乱されるため、その分、電気が流れる効率を落とします。
その分が熱などに変わり、結果、「抵抗」という見かけの性質を呈することになるわけです。

補足

とてもわかりやすく、勉強になりました。ありがとうございます。

ずうずうしいのは承知なんですが、
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa3695654.html
この↑質問も教えていただけたら嬉しいです。

回答No.2

isoworld

半導体は温度が高いほど（もちろん限度はありますが）活性化されて電流を通しやすくなります。逆に抵抗は温度が上がるほど抵抗が増えますので、電流を流しにくくなります。

補足

半導体の温度が上がると抵抗値が下がるというのは、分子振動などが関係しているのでしょうか？