Среда

Носители заряда

Концентрация свободных носителей заряда

Что влияет на проводимость

R = f(T)

Вольт-амперная характеристика              I = f(U)

Основные законы и формулы

Применение

Металлы

          I

₁      R      ₂

Свободные электроны           

Постоянна

n = 10²⁸ – 10²⁹ 1/м

температура, примеси

растет

R               0

R₀

                                   t⁰

R=R₀(1+t^O)

R

                          T

T 0;     0  

 I

            

                              U

IU

I=GR=U/R

tg=1/R

R=R_O(1+t^O)

- Основной проводник;

- Электроаппаратура

Электролиты

    I

R

Ионы обоих знаков

Зависит от концентрации, температуры и диэлектрической проницаемости раствора

Количество ионов в единице объема. Подвижность ионов (температура)

Падает

   R

                                   t⁰

R=R₀(1+t^O)

 < 0                     

I

0      A               U

0A- эдс поляризации

m = kq = kIt

F = 96500 Кл/моль

Защита от коррозии.

Снятие копий.

Получение чистых металлов. Источники постоянного тока (аккумуляторы, гальванические элементы)

Газы

Электроны

Ионы

Зависит от действия внешнего иониза-тора и целого ряда атомарных процес-сов, происходящих в газе и на поверх-ности электродов.

Температура, облучение           

способы ионизации.

Давление газа 

длина свободного пробега.

R зависит от давления и температуры.

I

                         U

Дуга (прожектор).

Реклама.

Лампы дневного света. Лазер.

Дуговые печи.

Полупроводники

        I

Электроны, дырки

Меняется с изменением приме-сей, температуры, освещенности

Температура,

облучение,

примеси,

давление,

внешние поля

  

                               t^O

T 0;     

I

                         U

«р» - тип

«n» - тип

«р – n» - тип

Радиотехника: диод, транзистор, термистор, фото-резистор. Защита электроприборов при их неправильном включении

Вакуум

Электроны внесенные из вне

Определяется температурой катода и его свойствами (термоэлектронная эмиссия)

Температура катода

I                      T₂>T₁

                            U

f(t^O)           f (материал)

Выпрямление тока (диод). Триод-усилитель. Электронно-лучевая трубка (телевизор, осциллограф)

Электрический ток в металлах

под действием электрического поля.

Доказательство электронной проводимости.

Опыт Рике 1901 г.              Время эксперимента   1 год.

                                             Прошел q  10 ⁶ Кл

   Cu     Al     Cu                   Никаких следов переноса вещества.  Вывод: Носители заряда общие для всех металлов.

Опыт Мандельштама и Папалекси 1913 год.; Стюарта и Толмена 1916 год. Подсчитали e/m.

Инерция

                       По направлению тока q < 0

                       По |I|    q/m = e/m                                    это е   

                       n = 10²⁸ – 10²⁹  1/м³  концентрация

               Г

Объяснение закона Ома на основе электронных представлений                           v _{тепл. дв.} = 1000 км/с

                                                     v_дрейфа = 10^-5 м/с

1                               ₂               - длина свободного пробега

                                                I = env_дрейфаS

                                                  - время свободного пробега

Можно так:

I  v  a  F  E  U                            Закон Ома

(v= at)  (a=F/m) (E=F/q)  (E=U/l) 

   ;   v _тепл.;    Т

Экспериментально:   Т

Вывод: Используя электронную теорию, классическую механику и молекулярную теорию можно объяснить закон Ома и выяснить от чего зависит . Строгое объяснение может дать только квантовая механика.

Характеристики

e = 1,6  10^-19 Кл – модуль заряда электрона;

n – концентрация свободных электронов;

<v> - средняя скорость упорядоченного движения электронов;

S – площадь поперечного сечения проводника.

                                     0                            Т    

Г. Кармелинг-Оннес, 1911 г.

Сверхпроводимость

      

                             Hg

    0        4,15К            Т           

Применение.

Передача электроэнергии на расстояние, расчет и создание электрических цепей, квантовые сверхпроводниковые приборы.

Электрический ток в электролитах

Прохождение тока связано с переносом вещества и выделением его в процессе электролиза на электродах.

Электрическая диссоциация – распад молекул вещества на ионы под действием растворителя. Связь ионная.

        Na                                                                _воды = 81;

                                Cl          Na⁺ + Cl^–                F = F₀/  

Законы Фарадея

m = kq    I закон

Вывод І закона

m = m₀N

m₀ – масса иона;

М – молярная масса;

N – количество ионов;

q – заряд, прошедший через электролит;

n – валентность;

q₀ – заряд иона.

m₀ = M/N_A; N = q/q₀; q₀ = en

const вещества электрохимический эквивалент

[К] = кг/Кл

Физический смысл: если q = 1 Кл, q = It

m = KIt

M/n – химический эквивалент вещества Фарадея.

N_Ae = F = const

F = 96500 Кл/моль

     II закон      объединенный закон

Вольт-амперная характеристика (С.Стоней, 1881 г.)

                                                I          

                  V

      A                                 0          A                     U                                                                                        

                                               AO   _n– эдс поляризации

      R

                                                             R = R₀(1 - t)       

                                                               < 0

      0                               t

                        Закон Ома

Электрический ток в газах

Газ – проводник или диэлектрик?

Газ в обычных условиях – диэлектрик.

Газ становится проводником.

 Ионизация       +        Рекомбинация          

                               –

1. При наличии ионизатора протекает несамостоятельный газовый разряд.
2. В отсутствие ионизатора газовый разряд протекает вследствие вторичной ионизации за счет неупругого соударения электрона с атомом (самостоятельный разряд).                                                

                                    пламя                           К –             + А                                  

                                    УФ-лучи

Ионизаторы               рентгеновские лучи

                                     -лучи     

I                                     электрическое поле                         А

                                          U EF a  vI

                                          E=U/d; F=Eq; a=F/m; v=at;                                                                                    

                      U                   Самостоятельный разряд   

                                        А _{эл.поля} = еU        

                                       U = El  

                                      l – длина свободного пробега

      A                                    А _{эл.поля} = е El = Ек = (mv²)/2 

                  V                       А _{эл.поля}  A_i  

                                   ионизация электронным ударом

 I                                                 

                                                                          А                         В

I_Н                                            с.р.                                                             

            н.р.

                                             U                                                   l

                                                                  темн.катод.             полож. столб

                                                                  простр.

                                                   Е _АВ = 0; ;  _А  _В

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

    Проводимость  - электронно-дырочная               электроны

                                                                                      дырки

Земная кора на 4/5 состоит из полупроводников: большинство минералов и руд, многие окислы и сплавы металлов и 12 химически чистых элементов: германий, кремний, селен, сера, мышьяк, сурьма, теллур, бор, углерод, фосфор, олово, йод.

                            хорошая термоэлектронная эмиссия

                           (покрытие катодов)

 Свойства          высокая диэлектрическая проницаемость

п/п                      ( до 2000 (конденсаторы)

                           ферромагнитные свойства

Собственная проводимость

Кремний Si – ковалентная связь.

                                                      = f(t)

                                                       T  0             

                                                      ( у металлов – наоборот )

                                      t

Примесная проводимость

                +4                                 Мышьяк – донорная примесь

                                                    п/п n – типа

     +4          +5           +4                 дырок мало – проводимость 

                                                                         электронная

                   +4

                                                        Индий – акцепторная примесь

                   +4                             п/п р-типа

                                                       электронов мало - проводимость

                                                                                         дырочная

      +4           +3              +4

                      +4    

р – n  переход                                 Е - велика       

    n                           p              ;      1В                                                               

                   +   –                                d - мало                   

                   +   –                                кремний 1,1 В

                   +   –                                германий 0,7 В

 электроны    дырки                                 

Распределение концентрации

                             n_n

                                                      свободных электронов

                                                  x

                        n_p                              

                                                            дырок

                                                    x

                          Q

                                                      x   объемного заряда

                   

                   ₁      

                                                     х     потенциала   __

                 ₂

                           Е                             напряженности

                                                          электрического поля

                                                     х

Свойства p-n перехода

• односторонняя проводимость (диоды);
• термо ЭДС (термопары);
• охлаждение одного из контактов (эффект Пельтье);
• фото ЭДС (фотоэлементы, кино, телевидение);
• переменная электроемкость в зависимости от напряжения (конденсаторы);
• n – p – n; p –n – p  усилители.

Вольт-амперная характеристика

I

                         U

Полупроводники применяются в различных областях науки и техники. Во многих установках используются интегральные схемы разных уровней, в которых в небольших кристаллах полупроводниковых веществ создают сотни и тысячи транзисторов, диодов и других элементов.

Электрический ток в вакууме

Существование электрического тока в вакууме обусловлено появлением электронов вследствие какой-либо эмиссии, например, термоэлектронной. Обратный ток отсутствует.

р < 10^-3 мм рт. ст.  – нет носителей заряда

                                                                            d  10^-8         

                                                                            E  10⁸ В/см

                                                                 5 В

                                         двойной

                                        заряженный

                                           слой

А _вых. – работа, которую должен совершить электрон.

Электронная эмиссия:

• термоэлектронная (нагрев);
• фотоэлектронная (фотоэффект);
• электростатическая (полем);
• ударом.

Диод.                                          р  10^-7 мм рт.ст.

                            А                     катод – малая  А _вых.

                                                   тугоплавкий

                             К

        А                                    I

                                                                              T₂        T₂ >T₁       

            V                                                               T₁

                                        I_H                                                  

                                                                                                                       U

                                                                I зависит U_а; близость А и К;

                                           материала К; температуры К

I                                                                   диод - выпрямитель

                                                                     триод - усилитель

                                                 t

I                                                                   

                                                            t

Электронные пучки. ЭЛТ

• попадая на тела, их нагревают;
• при торможении - рентгеновское излучение;
• свечение некоторых веществ;
• отклоняются в электронных и магнитных полях.

Применение.

     Электрический ток в вакууме используется в различных электронных приборах. Одним из таких приборов является вакуумный диод