Билет № 15 Полупроводники. Полупроводниковые приборы.

Полупроводники – вещества, занимающие промежуточное положение между металлами и диэлектриками. К полупроводникам относятся кремний, германий, индий, мышьяк и т. д.

При низких температурах полупроводники ведут себя как диэлектрики, а при высоких – как металлы. В кристаллах атомы и электроны прочно связаны между собой. При низких температурах эта связь не разрушается, поэтому полупроводник ведёт себя как диэлектрик. При нагревании энергия электронов повышается, они могут оторваться от атома и оставаться свободными. В электрическом поле они перемещаются по кристаллу, образуя электрический ток.

Проводимость полупроводников, обусловленная наличием свободных электронов, называют электронной проводимостью.

При разрыве связи на месте ушедшего электрона образуется место с недостающим электроном – дырка. Дырка имеет положительный заряд. Она тоже свободно перемещается по кристаллу. Такая проводимость, обусловленная перемещением дырок, называется дырочной.

Электронная и дырочная проводимость – это собственная проводимость полупроводников.

При наличии примесей возникает дополнительная примесная проводимость.

При наличии примесей можно создавать полупроводники с избытком электронов или дырок.

Полупроводники делятся на полупроводники Р-типа и n – типа. Возьмём 4-х валентный кремний и добавим к нему 5-и валентный мышьяк. 4 электрона мышьяка участвуют в связях с атомами кремния, 5-ый электрон остаётся лишним. Примеси, отдающие электроны называются донорными. В таком полупроводнике основным носителем заряда является электрон, а неосновным – дырка. Такой полупроводник называется полупроводником n – типа.

Возьмём 4-х валентный кремний и добавим к нему 3-и валентный индий. 4 электрона мышьяка участвуют в связях с атомами индия. Индию не хватает одного электрона. Лишней оказывается дырка. В таком полупроводнике основным носителем заряда является дырка, а неосновным – электрон. Такой полупроводник называется полупроводником Р – типа. Примеси, с недостатком электронов называются акцепторными.

Р- n контакт используют в полупроводниковых приборах – диодах. Диод пропускает ток в одном направлении, т.е. обладает односторонней проводимостью. На схемах диод обозначают так: Диоды применяют в выпрямителях, радиотехнике, на искусственных спутниках, космических кораблях. Они имеют большой срок службы, но чувствительны к повышению температуры. Контакт Р- n –Р перехода используют в транзисторах. Эти приборы заменяют электронные лампы в электрических цепях, в бытовой аппаратуре, в транзисторных приёмниках.

Полупроводниковые приборы, в которых используется зависимость сопротивления от температуры, называются термисторами. Их используют для дистанционного измерения температур, в противопожарной сигнализации.

Полупроводниковые приборы, в которых используется зависимость сопротивления от освещённости, называются фоторезисторами. Их используют для регистрации и измерения слабых световых потоков, определяют качество поверхностей. контролируют размеры изделий, автоматически «включают» и «выключают» освещение улиц, открывают и закрывают двери, в метро и т. д.

БИЛЕТ № 16

Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Узнав об открытии Эрстеда, Фарадей записал: «Коль скоро электричество может создавать магнетизм, может ли магнетизм создавать электричество?» Фарадей был убежден, что это можно сделать, но в то время он не знал, как этого добиться. И только в 1831 г. его настойчивость и упорство были вознаграждены. Он поставил опыт, который доказал справедливость выдвинутой им гипотезы: с помощью магнита в замкнутой цепи был получен электрический ток.

Рис. 1.

Подключим к чувствительному гальванометру катушку с большим числом витков (рис.1,а). Перемещая вдоль катушки постоянный магнит, мы увидим, что, пока магнит движется, стрелка гальванометра отклоняется. То есть в катушке возникает электрический ток (рис. 1,б). Как только магнит останавливается, этот ток исчезает (рис.1,в). При движении магнита в обратном направлении электрический ток в катушке возникает вновь, но направление тока теперь будет так же противоположно первому (рис. 1,г). Ток, который возникает в катушке, когда относительно нее движется постоянный магнит, назвали индукционным. Этот ток в катушке индуцируется, т. е. наводится движущимся магнитом. Можно двигать не магнит, а катушку относительно магнита; и здесь мы вновь обнаружим индукционный ток. Опыты дают основание предположить, что причиной возникновения индукционного тока является изменение магнитного поля, которое пронизывает катушку.

Э то явление назвали электромагнитной индукцией. Явление электромагнитной индукции заключается в том, что возникает индукционный ток в замкнутом контуре при любом изменении магнитного поля. Явление электромагнитной индукции было открыто в 1831г Фарадеем. Магнитное поле, которое не меняется, индукционного тока не создает.

Р ассмотрим плоский замкнутый проводник площадью S, помещённый в магнитное поле. - угол между n и вектором магнитной индукции В, n –нормаль к плоскости проводника

М агнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла между векторами В и n. [Ф]=Вб (вебер)

Ч ем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникает индукционный ток. Величина ЭДС индукции определяется по закону электромагнитной индукции:

Э ДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой с противоположным знаком. Почему "-" ? - т.к. индукционный ток противодействует изменению магнитного потока, ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки. Правило Ленца- правило для определения направления индукционного тока: индукционный ток, возникающий в проводнике, имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток. Открытие Фарадея имело величайшие последствия. Оно послужило научной основой для создания электротехники. Явление электромагнитной индукции лежит в основе принципа действия генератора, трансформатора, микрофона, громкоговорителя, в поездах на магнитной подушке, в электропечах для плавки металлов.