Transcript Презент №32

Електричний струм у різних
середовищах та його використання.
Електропровідність
напівпровідників.
Власна і домішкова провідність
напівпровідників.
Напівпровідниковий діод.
Застосування напівпровідникових
приладів.
План заняття:








1. Електричний струм у металах
2. Електричний струм в електролітах.
3. Електричний струм у газах
4. Носії зарядів у напівпровідниках.
5. Домішкова провідність напівпровідників.
6. Електронно-дірковий перехід.
7. Напівпровідникові діоди й транзистори.
8. Інтегральні мікросхеми
1. Електричний струм у металах
Дослід Рікке
Мотив для проведення досліду:
В металах є вільні електрони, але й є і
заряджені йони кристалічної решітки.
А якщо і вони переносять струм?..
Карл Віктор
Едуард Рікке
(1845-1915 рр)
Мета досліду:
Довести, що носіями електричного
струму в металах є виключно вільні
електрони.
1. Електричний струм у металах
Для перевірки цього припущення К. Рікке в 1901 році
поставив такий дослід:
на трамвайній підстанції в Штутгарті включив в
головний провід, що живив трамвайні лінії, послідовно
один до одного тісно прижатих три циліндри з добре
відшліфованими торцевими поверхнями.
1. Електричний струм у металах
Два крайніх циліндри були мідними, а середній —
алюмінієвий. Через ці циліндри більше року
проходив струм.
Провівши ретельний аналіз того місця де
циліндри контактували, К. Рикке не виявив в міді
атомів алюмінію, а в алюмінії – атомів міді, тобто
дифузія не відбулася.
1. Електричний струм у металах
Таким чином експериментально було доведено, що
при проходженні по провіднику електричного
струму йони не переміщуються.
Очевидно переміщуються лише вільні електрони, а
вони у всіх речовинах однакові
Отже, електричний струм в металевих провідниках
зумовлюється впорядкованим рухом вільних
електронів.
1. Електричний струм у металах
Прямі докази електронної природи струму в
металі дали досліди
Мандельштама–
і
Толмена
Папалекси (1913)
–Стюарта (1916).
було встановлене відношення заряду
e
Кл
електрона до його маси:  1, 76  10
11
m
кг
1. Електричний струм у металах
Опір металів залежить від температури.
Під час нагрівання провідника його
геометричні розміри змінюються незначною
мірою.
Опір провідника змінюється в основному за
рахунок зміни його питомого опору:
   0 1   t 
1. Електричний струм у металах
Явище, яке полягає в тому,
що опір провідника за
певної температури стає
рівним нулю, називають
надпровідністю.

В 1911 році голландський
фізик Камерлінг-Оннес
виявив:
під час охолодження ртуті в
рідкому гелії її опір
спочатку змінюється
поступово, а потім за
температури 4,15 К різко
знижується до нуля.
2. Електричний струм в електролітах
Процес розпаду молекул розчиненої
речовини на іони під дією розчинника
називається електролітичною
дисоціацією.
Процес виділення речовини на
електродах під час проходження
електричного струму через електроліт
називають електролізом.
2. Електричний струм в електролітах
1791 -1867 рр.
Закон електролізу:
маса речовини m, яка
виділилася на електроді,
пропорційна заряду q, який
пройшов через електроліт:
m= kq.
Оскільки q = It, де I — сила
струму, t — час
проходження струму, то
m= kIt.
Сталу k називають
електрохімічним
еквівалентом речовини.
2. Електричний струм в електролітах
Технічне застосування електролізу:
 Гальванотехніка:
а) гальваностегія — покриття деталей тонким шаром
металлу (золочення, нікелювання, хромування й т.
ін.);
б) гальванопластика — відкладення товстого шару
металу, який відшаровують і використовують
самостійно (одержання матриць для друкованих
пластинок, барельєф і т. ін.).
 Електрометалургія — виділення чистих металів із
природних сумішей (міді з мідного колчедану,
алюмінію з розплавленого бокситу).
 Очищення металевих деталей (деталь є анодом).
3. Електричний струм у газах
Іонізація газів — відрив від їхніх атомів
або молекул електронів.
Протилежним процесу іонізації газів є
процес рекомбінації — возз’єднання
протилежно заряджених частинок у
нейтральні молекули.
3. Електричний струм у газах
Процес протікання електричного струму через
газ називають газовим розрядом.
Існує два види газового розряду —
несамостійний і самостійний.
Газовий розряд, який можна спостерігати
тільки за наявності зовнішнього іонізатора,
називають несамостійним газовим
розрядом.
Газовий розряд, що триває після того, як
припиниться дія зовнішнього іонізатора,
називається самостійним газовим
розрядом.
3. Електричний струм у газах
Залежно від тиску газу, конфігурації
електродів і параметрів зовнішнього
кола існує
чотири типи самостійних розрядів:
тліючий, іскровий, коронний і дуговий.
3. Електричний струм у газах
Електричний розряд, що відбувається за
низького тиску (частинки міліметра ртутного
стовпа, тобто в тисячі разів менше від
атмосферного тиску), називають
тліючим розрядом.
3. Електричний струм у газах
Іскровий розряд виникає в газі зазвичай за
тисках порядку атмосферного. Він
характеризується переривчастою формою.
3. Електричний струм у газах
Коронний розряд виникає в сильному
неоднорідному електричному полі за
порівняно високих тисків газу (подібно до
атмосферного).
3. Електричний струм у газах
Якщо після одержання іскрового розряду від
потужного джерела поступово зменшувати
відстань між електродами, то розряд з
переривчастого стає безперервним, виникає
нова форма газового розряду, яка
називається дуговим розрядом.
3. Електричний струм у газах
Дуговий розряд
використовують для
електрозварювання металів.
Значний внесок у розробку
методів електрозварювання
внесли українські вчені під
керівництвом академіка
А. Є. Патона — організатора
й першого директора
Інституту
електрозварювання в Києві.
4. Носії зарядів у напівпровідниках
Напівпровідники — речовини, питомий опір
яких дуже швидко убуває з підвищенням
температури.
До напівпровідників належать багато хімічних
елементів (бор, кремній, германій, фосфор,
миш’як, селенів, телур і ін.), величезна кількість
мінералів, сплавів і хімічних сполук. Майже всі
неорганічні речовини навколишнього світу —
напівпровідники.
4. Носії зарядів у напівпровідниках
Провідність напівпровідника, обумовлену рухом
електронів, називають електронною.
Провідність напівпровідника, обумовлену рухом
дірок, називають дірковою.
У чистому напівпровіднику (без домішок)
електричний струм створює однакову кількість
вільних електронів і дірок. Таку провідність
називають власною провідністю
напівпровідників.
5. Домішкова провідність напівпровідників
Домішки, атоми яких легко віддають електрони,
називаються донорними.
Домішки, які «захоплюють» електрони атомів
кристалічної решітки напівпровідників,
називаються акцепторними.
У випадку акцепторної домішки основними
носіями заряду під час проходження
електричного струму через напівпровідник є
дірки.
Напівпровідники, у яких основними носіями
зарядів є дірки, називають напівпровідниками p типу.
6. Електронно-дірковий перехід
Це область контакту напівпровідників р- та nтипу, яка характеризується одностороннім
пропусканням електричного струму.
Якщо приєднати напівпровідник p -типу до позитивного, а n
-типу до негативного полюса джерела, то цей напрямок
струму називають пропускним, або прямим.
Якщо приєднати напівпровідник n -типу до позитивного, а
p -типу до негативного полюса джерела, то цей напрямок
струму називають замикаючий, або зворотній.
7. Напівпровідникові діоди й транзистори
Через границю розділу напівпровідників n-типу й
p-типу електричний струм іде тільки в одному
напрямку — від напівпровідника p-типу до
напівпровідника n-типу.
Це використовують у пристроях, які називають
діодами.
7. Напівпровідникові діоди й транзистори

Напівпроводникові діоди використовують для
випрямлення струму змінного напрямку (такий
струм називають змінним), а також для
виготовлення світлодіодів.
7. Напівпровідникові діоди й транзистори
Ще більш важливим застосуванням
напівпровідників став транзистор.
Він складається із трьох шарів напівпровідників:
по краях розташовано напівпровідники одного
типу, а між ними — найтонший прошарок
напівпровідника іншого типу.
8. Інтегральні мікросхеми
Напівпровідникові діоди й транзистори є
«цеглинками» дуже складних пристроїв, які
називають інтегральними мікросхемами.
Домашнє завдання:

§