Жартылай өткізгіштер негізгі қасиеттері
1. Жартылай өткізгіштік материалдардың негізгі қасиеттері.
2. Жартылай өткізгіштердің электр тогын өткізу қасиеті.
3. Холл эффектісі.
2. Жартылай өткізгіштердің электр тогын өткізу қасиеті.
3. Холл эффектісі.
Жартылай өткізгіштердегі электр тогы. Электр тогын өткізу қабілетіне немесе меншікті кедергілерінің шамаларына қарай барлық қатты денелер өткізгіштер, жартылай өткізгіштер және диэлектриктер немесе изоляторлар болып үш топқа бөлінеді: электр тогын жақсы өткізетін заттар - өткізгіштер [ρ=(10-5-10-8) Ом.м], электр тогын нашар өткізетін заттар - диэлектриктер [ρ=(108-1017) Ом.м] және электр тогын өткізгіштігі өткізгіш пен диэлектрик арасында жататын заттар - жартылай өткізгіштер [ρ=(104-10-5) Ом.м] (1-сурет).
Өткізгіштерде еркін заряд тасымалдаушылардың көп болуы, олардың жақсы өткізгіштік қасиетін түсіндіреді. Бірақ өткізгіштің құрамындағы қоспа оның кедергісін арттырады. Себебі еркін заряд тасымалдаушылардың концентрациясы өзгермесе де, олардың қозғалысына қоспа кедергі жасайды.
Диэлектриктерде еркін заряд болмағандықтан, олар электр тогын нашар өткізеді. Диэлектриктердің құрамында қоспа болса, онда, әдетте, оның электрондары өзінің атомдарымен нашар байланысқан. Сондықтан олар атомдарды оңай тастап кетеді де, еркін күйге өтіп диэлектриктің кедергісін азайтады.
Өткізгіштерде еркін заряд тасымалдаушылардың көп болуы, олардың жақсы өткізгіштік қасиетін түсіндіреді. Бірақ өткізгіштің құрамындағы қоспа оның кедергісін арттырады. Себебі еркін заряд тасымалдаушылардың концентрациясы өзгермесе де, олардың қозғалысына қоспа кедергі жасайды.
Диэлектриктерде еркін заряд болмағандықтан, олар электр тогын нашар өткізеді. Диэлектриктердің құрамында қоспа болса, онда, әдетте, оның электрондары өзінің атомдарымен нашар байланысқан. Сондықтан олар атомдарды оңай тастап кетеді де, еркін күйге өтіп диэлектриктің кедергісін азайтады.
Кіріспе. Жартылай өткізгіштер негізгі қасиеттері.
Жоспары:
1. Жартылай өткізгіштік материалдардың негізгі қасиеттері.
2. Жартылай өткізгіштердің электр тогын өткізу қасиеті.
3. Холл эффектісі.
Жартылай өткізгіштердегі электр тогы. Электр тогын өткізу қабілетіне немесе меншікті кедергілерінің шамаларына қарай барлық қатты денелер өткізгіштер, жартылай өткізгіштер және диэлектриктер немесе изоляторлар болып үш топқа бөлінеді: электр тогын жақсы өткізетін заттар - өткізгіштер [ρ=(10[-5]-10[-8]) Ом[.]м], электр тогын нашар өткізетін заттар - диэлектриктер [ρ=(10[8]-10[17]) Ом[.]м] және электр тогын өткізгіштігі өткізгіш пен диэлектрик арасында жататын заттар - жартылай өткізгіштер [ρ=(10[4]-10[-5]) Ом[.]м] (1-сурет).
Өткізгіштерде еркін заряд тасымалдаушылардың көп болуы, олардың жақсы өткізгіштік қасиетін түсіндіреді. Бірақ өткізгіштің құрамындағы қоспа оның кедергісін арттырады. Себебі еркін заряд тасымалдаушылардың концентрациясы өзгермесе де, олардың қозғалысына қоспа кедергі жасайды.
Диэлектриктерде еркін заряд болмағандықтан, олар электр тогын нашар өткізеді. Диэлектриктердің құрамында қоспа болса, онда, әдетте, оның электрондары өзінің атомдарымен нашар байланысқан. Сондықтан олар атомдарды оңай тастап кетеді де, еркін күйге өтіп диэлектриктің кедергісін азайтады.
Сурет 1
Электрондар концентрацияларының қатыстары мынадай болады:
nМЕ nЖӨnД
Өткізгіштер тобына металдар жатады, оларда жоғары электр өткізгіштікті, өткізгіштік электрондар концентрациясының жоғарылығы қамтамасыз етеді. Керісінше диэлектриктерде, әдетте бөлме температурасында, өткізгіштік электрондар концентрациясы өте төмен, сондықтан олардың ток өткізгіштігі негізінен иондық сипатта болады. Аралық топқа жартылай өткізгіштер енеді, олардың құрамы мен қоспаларының концентрациясына байланысты, электрондар концентрациясы нөлге жуықтайды (онда олар изоляторларға жатады), немесе металдардағы электрондар концентрациясына жуықтайды (онда олар өткізгіштерге айналады). Электр өткізгіштік қабілеттерін, тек қана технологиялық әдістермен емес, сондай-ақ сыртқы әсерлермен де, кең ауқымды өзгерте алу мүмкіндігі жартылай өткізгіштердің негізінде қатты денелік құралдар жасауға үлкен жол ашты. Дәл осы құралдарды және сол құралдардың ішіндегі электрондық ағындарды басқара білуді оқып үйрену, біз оқитын курстың негізгі мазмұны болып табылады.
Металдар мен жартылай өткізгіштер электр өткізгіштік қабілеттерімен қатар электр өткізгіштік қабілеттерінің температураға тәуелділігімен де ерекшеленеді. Металдарда электр өткізгіштік, әдетте температураға байланысты, сызықтық заңмен төмендейді.
, (3)
мұндағы T и T0 - өлшеу температуралары (T T0), α - температуралық коэффициент.
Холл эффектісі. 1880 жылы Холл мынадай қүбылысты байқады: егер өн бойымен тұрақты электр тогы ағатын металл пластинканы оған перпендикуляр болатын магнит өрісіне орналастырсақ, онда ток пен өріске параллель жақтар арасында Uн = φ1 -- φ2 потенциалдар айырмасы пайда болады. Магнит өрісін қосқан кезде әрбір токты тасушы Лоренц күшінің әсерінде болады, ал бұл күш пластинканың b (b -- пластинка ені) қабырғасының бойымен бағытталған (2-сурет) әрі модулы бойынша мынаған тең:
(4)
Сурет 2
Холл құбылысы тек металдарда ғана емес, сонымен қатар жартылай өткізгіштерде де бақыланады, онымен бірге бұл эффектінің таңбасы бойынша жартылай өткізгіштің n-типке немесе р-типке жататындығы туралы пікір айтуға болады. 2-суретте оң және теріс токты тасушылары бар үлгілердің Холл эффектісі салыстырылған. Лоренц күшінің бағыты, заряд қозғалысының бағытын өзгерткенде де сондай-ақ зарядтың тақбасын өзгерткенде де, қарама-қарсы жаққа қарай өзгереді. Демек, токтьщ бірдей бағытында он. және теріс токты тасушыларға әсер ететін Лоренц күшінің бағыты бірдей болады. Сондықтан оң токты тасушылар жағдайында пластинканың жоғарғы жағының потенциалы төменгісіне қарағанда жоғары, ал теріс токты тасушылар жағдайында -- төмен болады. Сонымен, Холл-дың потенциалдар айырмасының тақбасын анықтасақ, токты тасушылардың таңбасын табуға болады.
Кейбір металдардың Uн таңбасының оң токты тасушыларға сәйкес келетіндігі таңғаларлық. Бүл зоналардың бірін-бірі ерекше жауып түратындығымен түсіндіріледі, мұнда электрондардың бір бөлігі валенттік зонаның жоғарғы денгейлерінен басқа зонаның төменгі деңгейлеріне ауысады. Осының нәтижесінде еркін электрондар да, сондай-ақ кемтіктер де тең мөлшерде пайда болады. Осьшдай металдың өткізгіштігі аралас (электрондық-кемтіктік) сипатта болады. Холл эффектісінің аномаль таңбасы (металдар үшін) кемтіктердің электрондарға қарағанда көбірек қозғалғыштыққа ие болатындығынан туады.
Дәріс 2.
Тақырыбы: Диэлектриктердегі электр өрісі.
Жоспары:
1. Диэлектриктердің поляризациялануы.
2. Полярлық диэлектриктер.
3. Полярлық емес диэлектриктер.
Диэлектрик (dielectric) -- поляризацияға қабілеттілігі негізгі электрлік қасиеті болып табылатын, металлдармен шалаөткізгіштерге қарағанда электр тогын нашар өткізетін, үлестік электр кедергісі өте үлкен (j = 10^610^16 Ом :: м) қатты, сұйық және газ тәріздес заттар. Әрбір диэлектрик үшін диэлектрикті ойып-тесетін сыртқы электр өрісі кернеулігінің шектік мәні бар. Поляризация түріне қарай диэлектрик екі топқа бөлінеді: активті және пассивті. Активті диэлектриктерге сегнетоэлектриктер, пъезоэлектриктер мен электриктер жатады. Қалған диэлектрик пассивті деп аталады.
а б
Сурет 1 - Бірқалпы электр өрісінде электризациялау:
а - өткізгіштің; б - диэлектриктің
Диэлектрик бұл электрді өткізбейтіндер тобына жатқызылады. Енді электр өрісінде диэлектрик орналасқан болса, қандай өзгерістер байқалады. Диполь ұғымынан кейін диэлектриктерде поляризация деп аталатын құбылысты толық түсінген болса, студентке материалды әрі қарай алып кетуге әбден мүмкін. Егер құбылысты елестете, көре білмесе мүлдем түсіну қыйынға соғады. Диэлектрик түрлері және онда Гаусс теоремасын пайдалану,диэлектриктегі өрісті бағалайды. Поляризация және индукция векторларының қасиеттеріне тоқталып, бағалайды.
Ортаның диэлектриктiк өтуi (енуi) деп бiртектi диэлектрик iшiнде электр өрiсi кернеулiгiнiң модулi бостықтағы (вакуумдегi) өрiс кернеулiгi модулiнен неше есе кем екенiн көрсететiн физикалық шама:
. (1)
Диэлектриктердi поляризациялау. Диэлектриктер (немесе изоляторлар) деп электр тогын өткiзбейтiн денелердi айтады.
Изолятордың немесе диэлектриктiң еркiн электр заряды жоқ нейтраль атомдарда электрондар мен ядролар бiр-бiрiмен байланысқан және электр өрiсiнiң әсерiнен бүкiл денеге орынауыстыра алмайды.
Өткiзгiштер мен диэлектриктер электростатикалық өрiсте өздерiн әрқалай ұстайды. Диэлектрик iшiнде электр өрiсi болуы мүмкiн; бұл жағдайда диэлектрик өрiске белгiлi бiр әсер бередi.
Диэлектриктердi екi түрге ажыратады: полярлық емес және полярлық.
а б
Сурет 2 - Электр аластыру поляризацияуның схемасы
Полярлық емес диэлектриктер молекулаларында және атомдарында оң және терiс зарядтардың таралу центрлерi сәйкес келедi. Мысалға, сутегi атомында оң заряд - протон - центрде болады, терiс заряд - электрон - ядро маңайында өте жоғары жылдамдықпен айналады, сондықтан уақыт бойынша орташа терiс зарядтың таралу центрi ортасына келедi, яғни оң зарядталған ядромен сәйкес келедi.
Полярлық емес диэлектриктер - инерттi газдар, сутегi, азот, көмiртегi және басқалар.
Полярлық диэлектриктер молекулаларында оң және терiс зарядтардың центрлерi сәйкес келмейдi. Мысалға, ас тұзының NaCl пайда болуы кезiнде, жетi валенттiк электрондары бар хлор атомы натрий атомының бiр валенттiк электронын iлестiредi. Өз ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Жоспары:
1. Жартылай өткізгіштік материалдардың негізгі қасиеттері.
2. Жартылай өткізгіштердің электр тогын өткізу қасиеті.
3. Холл эффектісі.
Жартылай өткізгіштердегі электр тогы. Электр тогын өткізу қабілетіне немесе меншікті кедергілерінің шамаларына қарай барлық қатты денелер өткізгіштер, жартылай өткізгіштер және диэлектриктер немесе изоляторлар болып үш топқа бөлінеді: электр тогын жақсы өткізетін заттар - өткізгіштер [ρ=(10[-5]-10[-8]) Ом[.]м], электр тогын нашар өткізетін заттар - диэлектриктер [ρ=(10[8]-10[17]) Ом[.]м] және электр тогын өткізгіштігі өткізгіш пен диэлектрик арасында жататын заттар - жартылай өткізгіштер [ρ=(10[4]-10[-5]) Ом[.]м] (1-сурет).
Өткізгіштерде еркін заряд тасымалдаушылардың көп болуы, олардың жақсы өткізгіштік қасиетін түсіндіреді. Бірақ өткізгіштің құрамындағы қоспа оның кедергісін арттырады. Себебі еркін заряд тасымалдаушылардың концентрациясы өзгермесе де, олардың қозғалысына қоспа кедергі жасайды.
Диэлектриктерде еркін заряд болмағандықтан, олар электр тогын нашар өткізеді. Диэлектриктердің құрамында қоспа болса, онда, әдетте, оның электрондары өзінің атомдарымен нашар байланысқан. Сондықтан олар атомдарды оңай тастап кетеді де, еркін күйге өтіп диэлектриктің кедергісін азайтады.
Сурет 1
Электрондар концентрацияларының қатыстары мынадай болады:
nМЕ nЖӨnД
Өткізгіштер тобына металдар жатады, оларда жоғары электр өткізгіштікті, өткізгіштік электрондар концентрациясының жоғарылығы қамтамасыз етеді. Керісінше диэлектриктерде, әдетте бөлме температурасында, өткізгіштік электрондар концентрациясы өте төмен, сондықтан олардың ток өткізгіштігі негізінен иондық сипатта болады. Аралық топқа жартылай өткізгіштер енеді, олардың құрамы мен қоспаларының концентрациясына байланысты, электрондар концентрациясы нөлге жуықтайды (онда олар изоляторларға жатады), немесе металдардағы электрондар концентрациясына жуықтайды (онда олар өткізгіштерге айналады). Электр өткізгіштік қабілеттерін, тек қана технологиялық әдістермен емес, сондай-ақ сыртқы әсерлермен де, кең ауқымды өзгерте алу мүмкіндігі жартылай өткізгіштердің негізінде қатты денелік құралдар жасауға үлкен жол ашты. Дәл осы құралдарды және сол құралдардың ішіндегі электрондық ағындарды басқара білуді оқып үйрену, біз оқитын курстың негізгі мазмұны болып табылады.
Металдар мен жартылай өткізгіштер электр өткізгіштік қабілеттерімен қатар электр өткізгіштік қабілеттерінің температураға тәуелділігімен де ерекшеленеді. Металдарда электр өткізгіштік, әдетте температураға байланысты, сызықтық заңмен төмендейді.
, (3)
мұндағы T и T0 - өлшеу температуралары (T T0), α - температуралық коэффициент.
Холл эффектісі. 1880 жылы Холл мынадай қүбылысты байқады: егер өн бойымен тұрақты электр тогы ағатын металл пластинканы оған перпендикуляр болатын магнит өрісіне орналастырсақ, онда ток пен өріске параллель жақтар арасында Uн = φ1 -- φ2 потенциалдар айырмасы пайда болады. Магнит өрісін қосқан кезде әрбір токты тасушы Лоренц күшінің әсерінде болады, ал бұл күш пластинканың b (b -- пластинка ені) қабырғасының бойымен бағытталған (2-сурет) әрі модулы бойынша мынаған тең:
(4)
Сурет 2
Холл құбылысы тек металдарда ғана емес, сонымен қатар жартылай өткізгіштерде де бақыланады, онымен бірге бұл эффектінің таңбасы бойынша жартылай өткізгіштің n-типке немесе р-типке жататындығы туралы пікір айтуға болады. 2-суретте оң және теріс токты тасушылары бар үлгілердің Холл эффектісі салыстырылған. Лоренц күшінің бағыты, заряд қозғалысының бағытын өзгерткенде де сондай-ақ зарядтың тақбасын өзгерткенде де, қарама-қарсы жаққа қарай өзгереді. Демек, токтьщ бірдей бағытында он. және теріс токты тасушыларға әсер ететін Лоренц күшінің бағыты бірдей болады. Сондықтан оң токты тасушылар жағдайында пластинканың жоғарғы жағының потенциалы төменгісіне қарағанда жоғары, ал теріс токты тасушылар жағдайында -- төмен болады. Сонымен, Холл-дың потенциалдар айырмасының тақбасын анықтасақ, токты тасушылардың таңбасын табуға болады.
Кейбір металдардың Uн таңбасының оң токты тасушыларға сәйкес келетіндігі таңғаларлық. Бүл зоналардың бірін-бірі ерекше жауып түратындығымен түсіндіріледі, мұнда электрондардың бір бөлігі валенттік зонаның жоғарғы денгейлерінен басқа зонаның төменгі деңгейлеріне ауысады. Осының нәтижесінде еркін электрондар да, сондай-ақ кемтіктер де тең мөлшерде пайда болады. Осьшдай металдың өткізгіштігі аралас (электрондық-кемтіктік) сипатта болады. Холл эффектісінің аномаль таңбасы (металдар үшін) кемтіктердің электрондарға қарағанда көбірек қозғалғыштыққа ие болатындығынан туады.
Дәріс 2.
Тақырыбы: Диэлектриктердегі электр өрісі.
Жоспары:
1. Диэлектриктердің поляризациялануы.
2. Полярлық диэлектриктер.
3. Полярлық емес диэлектриктер.
Диэлектрик (dielectric) -- поляризацияға қабілеттілігі негізгі электрлік қасиеті болып табылатын, металлдармен шалаөткізгіштерге қарағанда электр тогын нашар өткізетін, үлестік электр кедергісі өте үлкен (j = 10^610^16 Ом :: м) қатты, сұйық және газ тәріздес заттар. Әрбір диэлектрик үшін диэлектрикті ойып-тесетін сыртқы электр өрісі кернеулігінің шектік мәні бар. Поляризация түріне қарай диэлектрик екі топқа бөлінеді: активті және пассивті. Активті диэлектриктерге сегнетоэлектриктер, пъезоэлектриктер мен электриктер жатады. Қалған диэлектрик пассивті деп аталады.
а б
Сурет 1 - Бірқалпы электр өрісінде электризациялау:
а - өткізгіштің; б - диэлектриктің
Диэлектрик бұл электрді өткізбейтіндер тобына жатқызылады. Енді электр өрісінде диэлектрик орналасқан болса, қандай өзгерістер байқалады. Диполь ұғымынан кейін диэлектриктерде поляризация деп аталатын құбылысты толық түсінген болса, студентке материалды әрі қарай алып кетуге әбден мүмкін. Егер құбылысты елестете, көре білмесе мүлдем түсіну қыйынға соғады. Диэлектрик түрлері және онда Гаусс теоремасын пайдалану,диэлектриктегі өрісті бағалайды. Поляризация және индукция векторларының қасиеттеріне тоқталып, бағалайды.
Ортаның диэлектриктiк өтуi (енуi) деп бiртектi диэлектрик iшiнде электр өрiсi кернеулiгiнiң модулi бостықтағы (вакуумдегi) өрiс кернеулiгi модулiнен неше есе кем екенiн көрсететiн физикалық шама:
. (1)
Диэлектриктердi поляризациялау. Диэлектриктер (немесе изоляторлар) деп электр тогын өткiзбейтiн денелердi айтады.
Изолятордың немесе диэлектриктiң еркiн электр заряды жоқ нейтраль атомдарда электрондар мен ядролар бiр-бiрiмен байланысқан және электр өрiсiнiң әсерiнен бүкiл денеге орынауыстыра алмайды.
Өткiзгiштер мен диэлектриктер электростатикалық өрiсте өздерiн әрқалай ұстайды. Диэлектрик iшiнде электр өрiсi болуы мүмкiн; бұл жағдайда диэлектрик өрiске белгiлi бiр әсер бередi.
Диэлектриктердi екi түрге ажыратады: полярлық емес және полярлық.
а б
Сурет 2 - Электр аластыру поляризацияуның схемасы
Полярлық емес диэлектриктер молекулаларында және атомдарында оң және терiс зарядтардың таралу центрлерi сәйкес келедi. Мысалға, сутегi атомында оң заряд - протон - центрде болады, терiс заряд - электрон - ядро маңайында өте жоғары жылдамдықпен айналады, сондықтан уақыт бойынша орташа терiс зарядтың таралу центрi ортасына келедi, яғни оң зарядталған ядромен сәйкес келедi.
Полярлық емес диэлектриктер - инерттi газдар, сутегi, азот, көмiртегi және басқалар.
Полярлық диэлектриктер молекулаларында оң және терiс зарядтардың центрлерi сәйкес келмейдi. Мысалға, ас тұзының NaCl пайда болуы кезiнде, жетi валенттiк электрондары бар хлор атомы натрий атомының бiр валенттiк электронын iлестiредi. Өз ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz