В опрос №72 Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

Количество теплоты, выделенного током в проводнике, равно работе электрического поля по определению сопротивления проводника: ; Формула является математическим выражением законом Джоуля-Ленца: количества тепла, выделенного током в проводнике, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока времени его прохождения.

При последовательном соединении проводников с сопротивлением количество выделенного в них тепла можно выразить следующим образом: ; откуда вытекает, что: ;

Количество теплоты, выделенной током в каждом проводнике при последовательном соединении, прямо пропорционально сопротивлению этих проводников.

При параллельном соединении двух участков цепи без э.д.с. с сопротивлением количество тепла, выделенного током в каждом участке в отдельности, равно: откуда: ;

Количество теплоты, выделенной током в параллельно соединенных участках цепи безэ.д.с., обратно пропорционально сопротивлению этих участков.

Вопрос №73 Сравнение свойств проводников, диэлектриков и полупроводников

Для проводников значение удельного сопротивления находится в пределах от , а для диэлектриков оно измеряется в пределах от . Эти числа показывают, насколько велик интервал значений удельного сопротивления проводников и диэлектриков.

Полупроводники – это такие вещества, у которых электропроводность является промежуточной между проводниками и диэлектриками. К ним относят элементы IVгруппы таблицы Менделеева: германий и кремний, а также карбит кремния, селен, соединения IIIгруппы с элементами Vгруппы. Удельное сопротивление проводников находится в пределах от ;

У полупроводников, как и у диэлектриков, примеси значительно уменьшают их сопротивление. Специальным подбором примесей можно изменить сопротивление полупроводников в нужном направлении. Поэтому примесные полупроводники имеют широкое применение в современной технике.

У полупроводников энергия, необходимая для отрыва электронов от атомов, значительно меньше, чем у диэлектриков. Поэтому при нагревании полупроводников количество подвижных носителей зарядов в них быстро возрастает, и их сопротивление быстро уменьшается. При понижении температуры сопротивление полупроводников возрастает, и при низких температурах их сопротивление также велико, как и у диэлектриков.

Вопрос №74 Чистые и примесные полупроводники

Полупроводники представляют более обширную группу веществ, чем проводники и диэлектрики (двенадцать чистых элементов в чистом виде – кремний, селен, мышьяк, фосфор…). Важнейшим материалом современной полупроводниковой техники является – германий, кремний, селен, закись меди.

Чистые проводники

В твердом веществе все эти вещества имеют кристаллическую решетку типа алмаза. Связь между соседними атомами в такой решетки – ковалентная, т.е. два соседних атома имеют два общих электрона (электронная пара). Каждый атом имеет на внешней оболочке восемь электронов, которые одновременно принадлежат также и соседним атомам. Проводимость чистых полупроводником очень мала.

При удалении электрона из атома образуется дырка (свободное место). Если свободный электрон заполняет вакантное место в оболочке атома, называется рекомбинация. При низкой температуре все электроны полупроводника связаны с атомами (изолятор). Если повысить температуру такого кристалла, то отдельные электроны могут получить избыточную энергию (за счет энергии хаотического движения), которая достаточна для отрыва их от атома. Дырки в полупроводнике условно считают положительными зарядами. При постоянной температуре имеется поровну свободных электронов и дырок Вывод: Проводимость чистых полупроводников наполовину дырочная, наполовину электронная. Сопротивление проводников зависит от температуры.

Примесные проводники

При увеличении примеси, проводимость увеличивается. Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники — примесными полупроводниками. Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефек­тами типа избыточных атомов (по сравнению со стехиометрическим составом), тепло­выми (пустые узлы или атомы в междоузлиях) и механическими (трещины, дислокации и т. д.) дефектами. Наличие в полупроводнике примеси существенно изменяет его проводимость. Например, при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается примерно в 10⁶ раз.

В полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу больше валентности основных атомов, носителями тока являются электроны; воз­никает электронная примесная проводимость (проводимость n-типа). Полупроводники с такой проводимостью называютсяэлектронными (или полупроводниками n-типа). Примеси, являющиеся источником электронов, называются донорами, а энергетические уровни этих примесей — донорными уровнями.

В полупроводниках с примесью, валентность которой на единицу меньше валентности основных атомов, носителями тока являются дырки; возникает дырочная проводимость (проворность p-типа). Полупроводники с такой проводимостью называются дырочными (илиполупроводниками p-типа). Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника, называются акцепторами, а энергетические уровни этих примесей — акцепторными уровнями.