Transcript Document
Elektryczność i Magnetyzm Wykład: Jan Gaj Pokazy: Tomasz Kazimierczuk/Karol Nogajewski, Tomasz Jakubczyk Wykład ósmy 11 marca 2010 Z ostatniego wykładu Wizualizacja prądu elektrycznego, elektroforeza Natężenie prądu, jednostka, pomiar I prawo Kirchhoffa – postać całkowa i lokalna Mikroskopowy obraz prądu elektrycznego: gęstość prądu, ruchliwość, czas relaksacji Prawo Ohma – postać całkowa i lokalna Układy do jednoczesnego pomiaru napięcia i natężenia prądu Zależność oporu elektrycznego od temperatury Przewodnictwo materiałów j 1 1 l l R S S Czym się różnią różne materiały? nq j I l l S U SR Pierwiastek (nm) Cu 17 Al 27 Ag 16 Fe 96 Ti 420 Au 22 Mn 1440 S 2×1015 Ωm Przykłady: metal n rzędu 1029 m-3, czysta woda n rzędu 1022 m-3 W krysztale półprzewodnika Struktura pasmowa Energia Pasmo przewodnictwa Przerwa energetyczna Pasmo walencyjne Energia Klasyfikacja materiałów Pasmo przewodnictwa elektrony Przerwa energetyczna elektrony Pasmo walencyjne metal półprzewodnik dielektryk W krysztale półprzewodnika akceptor donor Klasyfikacja półprzewodników Energia Pasmo przewodnictwa dziury Przerwa energetyczna elektrony Pasmo walencyjne typu n samoistny p Zależność przewodnictwa od oświetlenia Generacja par elektrod – dziura Zależność od energii fotonów Wpływ światła Energia Pasmo przewodnictwa Mała energia fotonu E = h Przerwa energetyczna Pasmo walencyjne Duża energia fotonu Amperomierz i woltomierz Jeżeli mierniki spełniają prawo Ohma, jest kwestią umowy nazywanie ich amperomierzem lub woltomierzem W praktyce różnią się oporem, np. woltomierz rzędu M, amperomierz rzędu Czasem warto z tej dowolności skorzystać, na przykład przy pomiarze napięcia miernikiem uniwersalnym w elektrostatyce: Najczulsza skala natężenia prądu 200 A Na zakresie 2 V czułość prądowa 200 nA (10 M) Jak mierzyć duży opór? V A źródło Usuwamy wpływ prądu woltomierza Jak mierzyć duży opór? V V źródło Usuwamy wpływ prądu woltomierza Jak mierzyć mały opór? Cu V AA źródło źródło Usuwamy wpływ oporu kontaktów Łączenie oporów równoległe szeregowe R1 R1 R2 R2 R = R1 + R2 R-1 = R1-1 + R2-1 Dzielnik napięcia R1 zasilacz V Uwe R2 Bez obciążenia U wy U we Przy obciążeniu oporem R Uwy R2 R1 R2 U wy U we odbiornik (R) RR 2 R R2 RR2 R1 R R2 Jak znaleźć gęstość prądu w ośrodku? j 0 t ε 0 Równania na gęstość prądu i na natężenie pola elektrycznego mają tę samą formę. Jeśli prawo Ohma jest spełnione, oba wektory są do siebie proporcjonalne. Różne są źródła i warunki brzegowe. Uwaga: w warunkach stacjonarnych div j zawsze znika, a div niekoniecznie. Nadprzewodnik R 5 () 4 3 Metal TC [K] Al 1,2 In 3,4 Sn 3,7 Hg 4,2 Ta 4,5 V 5,4 Pb 7,2 Nb 9,3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 T (K) TC Rekord: 138 K dla związku (Hg0.8Tl0.2)Ba2Ca2Cu3O8.33. Czy szkło przewodzi prąd? A 240 V Jak znaleźć gęstość prądu w ośrodku? j 0 t ε 0 Równania na gęstość prądu i na natężenie pola elektrycznego mają tę samą formę. Jeśli prawo Ohma jest spełnione, oba wektory są do siebie proporcjonalne. Różne są źródła i warunki brzegowe. Uwaga: w warunkach stacjonarnych div j zawsze znika, a div niekoniecznie. Dioda półprzewodnikowa I U Nie spełnia prawa Ohma. W uproszczeniu: eU I I 0 exp 1 kT k = 0.086 meV/K Dioda półprzewodnikowa elektrony (typ n) +- dziury (typ p) I +- Dioda reaguje na światło + absorpcja fotonu – generacja pary elektron-dziura Fotodioda lawinowa x Obszar absorpcji --Obszar wzmocnienia +++ Dioda wysyła światło – rekombinacja pary elektron-dziura + emisja fotonu