Билет №24. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости полупроводников.

По своим электрическим свойствам твердые тела делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.

Согласно зонной теории строения твердых тел различают несколько степеней заполнения энергетических зон. Самая низкая зона – валентная – целиком заполнена валентными электронами. Они участвуют во взаимодействии между атомами, связаны и не могут перемещаться. В зоне проводимости находятся электроны, чья энергия такова, что они разрывают валентные связи, становятся свободными и участвуют в создании электрического тока. Между валентной зоной и зоной проводимости находится запрещенная зона. Она определяет значения энергий, которыми электроны в данной кристаллической структуре не могут обладать ни при каких обстоятельствах.

При наложении электрического поля электроны в зоне проводимости переходят на более высокие уровни, а электроны из валентной зоны переходят на их места. В валентной зоне появляются свободные места – дырки. Дырки ведут себя как положительно заряженные частицы.

Таким образом, электрический ток в полупроводниках – это направленное движение электронов зоны проводимости и дырок валентной зоны. Такая проводимость полупроводников называется собственной.

В природе полупроводников с собственной проводимостью практически не существует. В них всегда имеются примеси других веществ, которые и определяют их электрические свойства. Легирование полупроводника – это внедрение примеси в кристалл. Примеси, вызывающие появление электронов проводимости, называются донорными. Они создают электронную проводимость. Полупроводники с такими примесями называются полупроводниками n-типа. Примеси, вызывающие появление дырок, называются акцепторными. Они создают дырочную проводимость. Полупроводники с такими примесями называются полупроводниками p-типа.

Преобладающие носители заряда называются основными. Второй тип зарядов называется не основным. Если концентрации электронов и дырок приблизительно одинаковы, то полупроводник обладает смешанной проводимостью.

p-n-переход – это контакт двух полупроводников p-типа и n-типа. Если полупроводник n-типа подключить к «+», а полупроводник p-типа к «-», то через p-n-переход будет проходить большой ток. Он называется прямым и обусловлен движением основных носителей заряда. Если полупроводник n-типа подключить к «-», а полупроводник p-типа к «+», то возникнет запирающий слой. Ток через p-n-переход будет очень малым. Он называется обратным и обусловлен движением не основных носителей заряда.

Полупроводники сейчас используются в таких полупроводниковых приборах как диод, транзистор, терморезистор, фоторезистор, светодиод.

Билет №25. Ядерные реакции. Цепные ядерные реакции. Ядерный реактор.

Ядерные реакции – это процессы изменения атомных ядер, вызванные их взаимодействиями с элементарными частицами или друг с другом, и сопровождающиеся их превращением в ядра других элементов (или изотопов).

Энергетический выход ядерной реакции – это энергия, выделяющаяся или поглощающаяся в результате реакции: (если масса выражена в кг, энергия в Дж), (если масса выражена в а.е.м., энергия в МэВ), где - дефект масс, , - масса исходных ядер, - масса получившихся ядер. Ядерные реакции протекающие с выделением энергии ( ) называются экзотермическими, а ядерные реакции, протекающие с поглощением энергии ( ) – эндотермическими.

Особый тип ядерных реакций представляют ядерные реакции деления тяжелых ядер. Наиболее наглядно это процесс деления можно представить, используя капельную модель ядра. Благодаря силам ядерного поверхностного натяжения ядро имеет шарообразную форму. Для деления ядра его бомбардируют быстрым нейтроном, который при поглощении ядром передает ему дополнительную энергию. Образуется промежуточное возбужденное состояние, ядерное вещество начинает совершать колебания, ядро приобретает удлиненную форму типа гантели, а затем расщепляется на части (энергия осколков равна ≈170 МэВ) . При делении ядра образуется еще 2-3 новых нейтрона с энергией ≈2 МэВ, которые могут вызвать деление новых ядер. Следующее поколение нейтронов расщепляет новые ядра. Возникает цепная ядерная реакция.

Цепные ядерные реакции – реакции, в которых частицы, вызывающие их, образуются так же как продукты этих реакций.

Важнейшей характеристикой цепной ядерной реакции является коэффициентом размножения нейтронов k – это отношение числа нейтронов в последующем поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении. При реакция останавливается, при происходит неуправляемая ядерная реакция (ядерный взрыв), при происходит управляемая ядерная реакция.

Существует минимальная масса вещества, необходимая для осуществления цепной ядерной реакции – критическая масса (для - 50 кг)

Ядерный реактор – устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер тяжелых элементов под действием нейтронов.

Устройство ядерного реактора:

1. Активная зона, содержащая ядерное горючее ( , , ), которое находится в тепловыделяющих элементах – твелах.

2. Замедлитель быстрых нейтронов (графит, бериллий).

3. Система охлаждения – теплоноситель (вода, жидкий натрий).

4. Система регулирования – стержни из кадмия и бора, которые вводят и выводят из активной зоны (кадмий и бор хорошо поглощают нейтроны).

5. Система безопасности - оболочка из железа и бетона.

Билет №26.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ.

СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН.

СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ.

Электромагнитное поле – это совокупность взаимно перпендикулярных электрических и магнитных полей. Электромагнитная волна – это электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с течением времени.

Свойства электромагнитных волн:

1. Электромагнитные волны являются поперечными.

2. Частота, циклическая частота, период, длина электромагнитной волны и скорость ее распространения связаны между собой точно так же, как и для любой другой волны: ; .

3. Максимально возможная скорость распространения электромагнитной волны равна скорости света в вакууме . Скорость распространения электромагнитной волны в некоторой среде: , где - показатель преломления среды.

4. Как и другие волны, электромагнитные волны могут поглощаться, преломляться, отражаться, испытывать интерференцию и дифракцию.

5. Электромагнитная волна существует без источников полей в том смысле, что после ее испускания электромагнитное поле волны становится не связанным с источником.

6. Излучение электромагнитных волн происходит при ускоренном движении электрических зарядов.

Классификация электромагнитных волн в зависимости от частоты:

1. Низкочастотные волны.

2. Радиоволны.

3. Микроволны.

4. Инфракрасное излучение.

5. Видимое излучение.

6. Ультрафиолетовое излучение.

7. Рентгеновское излучение.

8. Гамма-излучение.