SOAL LATIHAN PITA ENERGI(disusun guna memenuhi tugas mata kuliah Pengantar Fisika Zat Padat)Disusun oleh :

SUSIANA

(120210102020)Kelas A

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS JEMBER

20151. Kondisi seperti apakah, dalam kristal tidak menghasilkan arus netto meskipun ada medan listrik yang bekerja padanya?Pada saat semua electron states dalam pita energi yang diperkenankan sama sekali tidak dihuni elektron atau pada saat semua electron states dalam pita energi yang diperkenankan terisi elektron, artinya tidak satupun electron states yang kosong.Dua keadaan di mana medan listrik tidak menghasilkan arus netto dalam kristal, yaitu:

a. Tidak ada elektron yang berada pada pita energi yang diperbolehkan.b. Pita energi yang diperkenankan terisi penuh elektron.

Hanya pita energi yang terisi (atau kosong) sebagian yang dapat memberikan sumbangan pada arus listrik.2. Kenapa model elektron bebas tidak dapat menjelaskan rentang harga konduktivitas listrik zat padat yang lebar?Karena pada model elektron bebas mengabaikan potensial dari gugus-gugus ion dalam kristal (V=0) sehingga tidak dapat menjelaskan rentang nilai konduktivitas listrik zat padat yang lebar. Menurut teori elektron bebas, elektron konduksi ini bebas bergerak di dalam kristal dan hanya dibatasi oleh permukaan kristal itu sendiri. Tetapi kenyataannya, energy potensial akibat badan atom itu tidaklah tetap, tetapi energi potensial itu merupakan fungsi posisi elektron. Artinya, nilai energi ini bergantung pada posisi elektron tersebut di dalam kristal diukur relatif terhadap inti atom. Di samping itu, energi potensial itu juga mungkin timbul akibat adanya elektron-elektron konduksi lainnya di dalam kristal itu. Jadi keadaan energi potensial yang sebenarnya di dalam kristal adalah sangat komplek.3. Kenapa model Teori pita dapat menjelaskan rentang harga konduktivitas listrik zat padat yang lebar?Pada model ini potensial dari gugus-gugus ion dalam kristal tidak diabaikan ( atau adanya potensial berkala pada zat padat. Potensial pita energi ini merupakan potensial periodik yang berkaitan dengan kisi kristalnya. Model ini beranggapan bahwa badan atom itu dianggap diam dan energi potensial itu merupakan fungsi yang periodik dengan perioda sebesar konstanta kisi (a) kristal, seperti ditunjukkan pada Gambar.

Pendekatan ini atau asumsi ini didasarkan pada kenyataan bahwa atom-atom di dalam kristal disebarkan secara periodik pada setiap titik kisi. Di samping itu, asumsi ini menganggap bahwa energi potensial akibat elektron-elektron lainnya adalah konstan. Energi potensial yang periodik itu merupakan landasan dari teori pita energi dalam zat padat. Tingkah laku sebuah elektron di dalam potensial seperti itu dijelaskan dengan cara mengkonstruksi fungsi gelombang elektron dengan menggunakan pendekatan satu elektron. Dalam pendekatan ini, fungsi gelombang total untuk sistem diperoleh dari gabungan fungsi gelombang setiap elektron. Dengan kata lain, medan listrik yang dialami sebuah elektron tertentu dianggap sebagai resultan dari medan listrik inti dan medan listrik rata-rata elektron lainnya.4. Jelaskan kenapa pada teori pita energi berlaku potensialnyaV(x+a) = V(x)? Karena pada teori pita potensial dari gugus-gugus ion dalam kristalnya dianggap merupakan potensial periodik. Potensial periodik ini dikenalkan karena pada kisi kristalnya dianggap berulang secara periodik juga. Dengan demikian ion-ion identiknya terpisah sejauh jarak a dari tetangga terdekatnya sesuai dengan kisi kritalnya. Sebagimana digambarkan pada gambar di bawah ini.

5. Apakah besarnya celah energi pada tiap tingkatan / tiap pita energi sama besarnya ? mengapa?Besarnya celah energi pada tiap tingkatan / tiap pita energi tidak sama besar, karena sifat konduktivitas dan konsentrasi ditentukan oleh faktor perbandingan celah energi dengan temperatur. Ketika perbandingan ini besar, konsentrasi sifat instrinsik akan rendah dan konduktivitasnya juga akan rendah. Nilai terbaik dari celah energi diperoleh dari penyerapan optik. Celah energi (Eg) merupakan selisih antara energi terendah pada pita konduksi (Ek) dengan energi tertinggi pada pita valensi ( Ev) secara matematis dapat ditulis:Eg = Ek EvUntuk mengukur besarnya celah energi (Eg) dapat dilakukan dengandua cara, yaitu penerapan langsung dan penyerapan tidak langsung.6. Apa yang dimaksud dengan energi Fermi?Energi Fermi EF merupakan energi maksimum yang dapat dimiliki elektron dalam kristal pada suhu T=0. Pengisian elektron pada tingkat-tingkat energi dalam atom dimulai dari tingkat energi paling rendah. Hal yang sama berlaku pada pengisian elektron pada tingkat-tingkat energi dalam padatan. Pada temperatur 0 K, elektron akan menempati tingkat-terbawah sampai tingkat-teratas sesuai dengan jumlah elektron yang ada. Tingkat energi di atas tingkat-teratas tersebut akan kosong karena seluruh elektron telah tertampung. Tingkat energi teratas yang ditempati elektron pada 0 K ini disebut tingkat Fermi atau energi Fermi. Dapat dituliskan sebagai :

7. Bagaimana keadaan energi Fermi pada bahan isolator, konduktor dan semikonduktor berdasarkan teori pita energi?a. Pada bahan Isolator tingkat energi Ferminya melintas daerah energi terlarang. b. Pada bahan Konduktor tingkat energi Ferminya melalui pita konduksi, sehingga pada suhu T=0 kelvin, semua electron states dalam pita konduksi dengan E< EF terisi. c. Pada bahan Semikonduktor tingkat energinya melalui pita velensi, daerah energi terlarang. Pada suhu T=0 kelvin, pita konduksi di bawah terisi semua electron states-nya, sedangkan dalam pita konduksi di atasnya semua electron states lowong._1490601860.unknown