Електричний струм

 

 

Сила струму

9. Закон Ома для ділянки кола

Закон Ома для ділянки кола. Опір та електропровідність.

 

10. Закон Ома у диференціальній формі

Проте опір є характеристикою провідника, а не матеріалу, й залежить від довжини та поперечного перерізу провідника. Тому в фізиці застосовують закон Ома у диференціальному вигляді:

де j — густина струму, σ — питома провідність матеріалу, E — напруженість електричного поля.

Питома провідність залежить від кількості вільних носіїв заряду в провіднику і від їхньої рухливості.

11. електрорушійна сила джерела. Закон Ома для повного кола

Джерела струму. Ерс.

 

Закон Ома для повного кола

 

12. Правила Кірхгофа

Пра́вила Кірхго́фа визначають метод розрахунку складних розгалужених електричних кіл. Методика розрахунку розроблена Густавом Кірхгофом.

[Ред.] Перше правило Кірхгофа

В кожному вузлі алгебраїчна сума струмів дорівнює нулю.

При цьому струми, які входять в розгалуження й виходять із нього вважаються величинами різних знаків.

Математично перше правило Кірхгофа можна записати таким чином:

Перше правило Кірхгофа є наслідком закону збереження заряду. Для неперервно розподілених струмів у просторі воно відповідає рівнянню неперервності.

Друге правило Кірхгофа

Для будь-якого замкнутого контура проводів сума електрорушійних сил дорівнює сумі добутків сил струму на кожній ділянці контура на опір ділянки, враховуючи внутрішній опір джерел струму.

Математично друге правило Кірхгофа записується наступним чином:

13. робота і потужніть постійного електричного струму

Робота і потужність струму. Закон Джоуля-Ленца.

 

14. класифікація твердих тіл за їх електропровідністю

Метали, напівпровідники та діалектрики

15. елементи зонної провідності твердих тіл

 

    

Напівпровідники (Ge, Si та ін.) – речовини, що за провідністю знаходяться між провідниками і діелектриками. На відміну від провідників (металів), опір напівпровідників різко зростає при пониженні температури.

Власна провідність провідників.

Розрізняють два види власної провідності провідників: електронну та діркову.

Електронна провідність. Від нагрівання кремніє кінетична енергія валентних електронів зростає і окремі зв`язки розриваються, деякі електрони стоють вільними, як у провідниках. В електричному полі вони переміщуються між вузлами рішітки, утворюється електричний струм. Провідність напівпровідників, зумовлену наявністю в них вільних електронів, називають електронною провідністю.

Діркова провідність.Коли розривається звязок, то утворюється вакантне місце, де не вистачає електрона. Його називають діркою. У дірці є надлишковий додатній заряд. Положення дірки в кристалі не є незмінним, тому що вільний електрон може зайняти місце дірки, при цьому в місці, звідки перескочив електрон, утворюється нова дірка. Отже дірка може переміщуватися в кристалі. Напрям руху дірок протилежний напряму руху електронів. Провідність напівпровідників, зумовлену переміщенням дірок, називають дірковою провідністю.

Домішкова провідність напівпровідників.

   Донорні домішки.

Якщо внести в кремній миш`як, який є 5-ти валентний, то кількість вільних електронів зростає в багато разів, тому що чотири електрони миш`яку беруть участь у ковалентному звязку з кремнієм, а п`ятий електрон стає вільним.Домішки, які легко віддають електрони і, отже,збільшують кількість електронів, називають донорними домішками(віддаючими).

    Такі напівпровідники називають напівпровідниками п - типу. В них електрони – основні носії заряду, а дірки – неосновні.

   Акцепторні дрмішки.

 Якщо замість миш`яку використати індій, атоми якого тривалентні, то для встановлення нормальних парноелектронних звязків не вистачаєелектрона. Внаслідок цього утвлрюється дірка. Такі домішки називають акцепторними (приймаючими). Напівпровідники із акцепторними домішками  називають напівпровідниками р – типу. Вних дірки є основними носіями заряду, а електрони – неосновними.

р – п перехід

    Візьмемо напівпровідник, права частина якого містить донорні домішки (тобто є напівпровідником п – типу), а ліва – акцепторні домішки (провідник р – типу).

 Контакт двох напівпровідників різних типів називають п – р-переходом.

    При утворенні контакту електрони частково переходять з напівпровідників п – типу в провідник р – типу, а дірки в зворотньому напрямі.

В результаті напівпровідник п – типу заряджається додатньо, а провідник р – типу - від`ємно. Дифузія припиняється після того, як електричне поле, що виникає в зоні переходу, перешкоджає дальшому переміщенню електронів і дірок.

    Увімкнено напівпровідник з р – п-переходом в електричне коло. Спочатку приєднаємо батарею так, щоб потенціал напівпровідника  р – типу був додатнім, а напівпровідника п – типу – від`ємним. При цьому стру через р – п-перехід передаватиметься основними носіями: з ділянки п у дідянку р – електронами, а з ділянки р у ділянку п – дірками.

  

Внаслідок цього провідність буде великою, а опір – малим. Такий перехід називають прямим. Вольт-амперна характеристика зображена на малюнку прямою лінією.

    Перемкнемо полюси батареї. Тоді при такій самій різниці потенціалів струм у колі буде значно меншим, ніж при прямому переході. Це зумовлено тим, що електрони через контакт перейдуть з ділянки р у ділянку п, а дірки – з ділянки п у ділянку р. Але в напівпровіднику р – типу мало вільних електронів, а в напівпровіднику п – типу мало дірок. Тепер через контакт переходять неосновні носії, а їх мало. Внаслідок цього провідність зразка буде малою, а опір великим. Утворюється так званий запірний шар. Цей перехід називається зворотним. Волт-амперну характеристику зворотного переходу зображено на малюнку пунктирною лінією.

16. Електричний струм у газах. Іонізація, рекомбінація

Типи самостійних розрядів:

             тліючий;

             дуговий;

             коронний;

             іскровий.

Іонізація

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Перейти до: навігація, пошук

Іонізація (йонізація) — утворення електрично заряджених частинок — вільних електронів та йонів з електрично нейтральних частинок середовища. Може здійснюватися шляхом відриву від атому, що входить до складу молекулярної частинки, одного або декількох електронів з утворенням йона або за рахунок переходу електрона (електронів) від однієї частинки до іншої з набуттям ними зарядів.

Ступінь іонізації — відношення числа йонів до числа нейтральних частинок в одиниці об’єму.

Енергія, необхідна для відриву електрона, називається енергією іонізації.

Потенціал іонізації — фізична величина, що визначається відношенням енергії, необхідної для одноразової іонізації атома (молекули), до заряду електрона; характеризує міцність зв’язку електрона.

Іонізація в електролітах відбувається в результаті розчинення при розпаді молекул розчиненої речовини на йони (електролітична дисоціація);

Іонізація в газах — в результаті відриву від атома або молекули одного або декількох електронів під впливом зовнішніх чинників;

Іонізація в твердих тілах — в результаті переходу електронів з валентної зони або з домішкових рівнів в зону провідності. Йонізація викликається дією світла (фотоіонізація), електронним ударом (ударна іонізація), тепловим рухом (термоіонізація), дією електричного поля та ін.

Рекомбінація(Молізація) — возз'єднання різноманітних йонів у нейтральні молекули.

Стосовно до електронів і йонів у газовому розряді процес рекомбінації протилежний процесу іонізації.

Стосовно різнознакових іонів у електролітах процес рекомбінації протилежний дисоціації.

Стосовно електронів провідності й дірок у напівпровідниках процес рекомбінації протилежний утворенню електрон-діркових пар.

Стосовно вакансій та міжвузлових атомів процес рекомбінації протилежний утворенню пар Френкеля.

17. Явище електролізу. Закон Фарадея для електролізу

Електро́ліз – розклад речовин (напр., води, розчинів кислот, лугів, розчинених або розплавлених солей тощо) постійним електричним струмом.

Електроліз полягає в електрохімічних процесах окиснення та відновлення на електродах. При електролізі позитивно заряджені йони (катіони) рухаються до катода, на якому електрохімічно відновлюються. Негативно заряджені йони (аніони) рухаються до анода, де електрохімічно окиснюються. В результаті електролізу на електродах виділяються речовини в кількостях, пропорційних кількості пропущеного струму. Електроліз застосовується для одержання багатьох речовин (металів, водню, хлору та ін.), при гальваностегії (нанесенні металічних покриттів), гальванопластиці (відтворенні форми предметів), а також у хімічному аналізі (полярографія).