5(2). Электрический ток в полупроводниках (п.П.)

П.П. занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками: кремний, германий, индий, селен, мышьяк их соединения. Носители зарядов в П.П.: 1 ” –“ электроны; 2 “+” дырки – гнездо, место не занятое электроном. При обычной температуре, в темноте П.П – диэлектрики, так как электроны сильно связаны с дырками, но при нагревании или освещении за счёт тепловой или световой энергии разрушается связь между электронами и дырками, появляются свободные : “+ –“ заряды, которые вне электрического поля движутся беспорядочно. но в электрическом поле ” –“ электроны движутся к “+”аноду и ” +“ дырки движутся к” –“ катоду, поэтому П.П. становятся проводниками. Собственная проводимость П.П. – проводимость чистых П.П. обусловлена равноправным (одинаковое число) движением ” –“ электронов к “+”аноду и ” +“ дырок к” –“ катоду. Примесная проводимость П.П. – проводимость П.П при наличии примеси:

а) донорная (отдающая) примесь: если к 4-х валентному кремнию добавить 5-и валентный мышьяк, то увеличится концентрация электронов, проводимость такого П.П. обусловлена движением преимущественно электронов, такой П.П называют n _эн - типа;

б) акцепторная принимающая) примесь: если к 4-х валентному кремнию добавить 3-х валентный индий, то увеличится концентрация дырок, проводимость такого П.П. обусловлена движением преимущественно дырок, такой П.П называют р_пэ- типа;

Применение П.П. 1). П.П.диод. В основе работы лежит односторонняя проводимость

n-p – перехода. Если к П.П n - типа подключить ” –“ источника тока, к П.П р- типа подключить “+” источника тока, то электроны свой ” –“ заряд, а дырки свой “+” заряд

пополняют за счёт источника тока, значит R_n-p 0, I_n-p≠0. При изменении полярности подключения источника тока R_n-p ∞, I_n-p= 0. Вывод: n-p – переход пропускает ток в одном направлении, поэтому П.П. диод применяют для выпрямления переменного тока (подобно вакуумному диоду). 2). Транзистор – П.П триод обладает усилительным свойством, поэтому(подобно вакуумному триоду) применяется для усиления электрического тока. 3). П.П. термосопротивление (термисторы): в основе работы лежит уменьшение сопротивления П.П при нагревании (в противопожарной сигнализации, для измерения температуры солнца, звёзд на расстоянии).4).Фотосопротивления (фоторезисторы): в основе работы лежит уменьшение

сопротивления П.П. при освещённости – внутренний фотоэффект (определения качества поверхностей, контроля размеров изделий, калькуляторы и др.) Достоинства П.П.: малые размеры и масса; длительный срок службы; высокая механическая прочность; высокий коэффициент полезного действия.

Второй закон Ньютона, масса, сила, принцип суперпозиции сил, классический принцип относительности 6 (1).

Тело движется с ускорение за счёт взаимодействия с другими телами. Рассмотрим взаимодействие (удар двух шаров).

На основе опыта: = const не зависимо от силы удара двух шаров.

Инертность - свойство тел приобретать разные ускорения за счёт взаимодействия с другими телами, присуще всем телам.

Инертность ~ обратно пропорциональна ускорению.

Масса m - мера инертности, скаляр; во Франции, город Севр хранится эталон 1кг - цилиндр из сплава платины и иридия.

Способы измерения массы:1) на рычажных весах, 2) из формулы плотности = m = V 3) на основе второго закона Ньютона: F= ma m = 4) на основе закона всемирного тяготения:F = m = Масса обратно пропорциональна ускорению m ~ , поэтому = Сила F F = m - сила – это величина равная произведению массы тела на его ускорение, вектор, измеряется динамометром.

Принцип суперпозиции сил: F = F₁+F₂+F₃+…= F – если на тело действует несколько сил, то равнодействующая сила равна векторной сумме всех сил.

Второй закон Ньютона: = ускорение, с которым движется тело прямо пропорционально сумме всех сил,

действующих на тело и обратно пропорционально массе этого тела.

произведение массы тела на его ускорение равно сумме всех сил, действующих на тело. На основе 2 закона Ньютона конструируют весь транспорт.

Классический принцип относительности – принцип относительности Галилея: все механические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта; тождественны лишь законы движения, но скорость, перемещение, траектория зависят от С.О: например, траектория движений точки колеса велосипеда относительно велосипедиста -окружность, а относительно Земли – спираль

Магнитное поле: понятие о магнитном поле, магнитная индукция, линии магнитной индукции, магнитный поток, движение заряженных частиц в однородном магнитном поле 6 (2).

Два параллельных проводника с током, текущим в одном направлении притягиваются друг к

другу и отталкиваются, если ток течёт в противоположном направлении. Взаимодействие

проводников с током происходит за счёт взаимодействия магнитных полей, возникающих

вокруг проводников с током.

Свойства магнитного поля: 1) порождается электрическим током (движущимися зарядами),2) обладает силой, энергией,

3) со скоростью света (3*10⁸ ) распространяется и в вакууме, 4) непрерывно, безгранично. Все свойства магнитного поля проявляются на связи космических кораблей с Землёй. Вывод: магнитное поле – особый вид материи.

Индикаторы магнитного поля:1) магнитная стрелка 2) проводник с током 3) рамка с током.

В - индукция – силовая, векторная характеристика магнитного поля – величина равная отношению силы, с

B = которой магнитное поле действует на проводник с током (сила Ампера) к силе тока, текущего по проводнику и его длине.

Сила Ампера - F_A I - сила тока в проводнике Δl - длина активной части проводника

Магнитное поле изображают с помощью ЛМИ – линии магнитной индукции – это такая линия касательные, к которой совпадают с индукцией магнитного поля, одна ЛМИ заменяет бесчисленное множество векторов индукции, расположение ЛМИ берут из опыта (расположение металлических опилок в магнитном поле), за направление ЛМИ принимают направление движения N- северного полюса магнитной стрелки.

Направление магнитного поля прямолинейного проводника с током

определяем по правилу буравчика: если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то вращение

ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Направление магнитного поля постоянного магнита.

F_A = B I Δl sin - сила Ампера, приводит к движению проводника с током в магнитном поле; применяется в

электродвигателях, громкоговорителях, электроизмерительных приборах.

• =

• (B, I)Направление F_A определяем по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить навстречу N_сев ,а четыре пальца по направлению тока в проводнике, то отогнутый на 90⁰ большой палец укажет направление силы Ампера.

Сила Лоренца F _Л - сила, с которой магнитное поле

действует на движущуюся заряженную частицу, применяется в

кинескопах, циклотронах – укорителях заряженных частиц,

масс- спектрографах – приборах для разделения заряженных

частиц по удельным зарядам. Сила Лоренца проявляется в природном явлении «северное сияние». F_Л = qB sinα q - заряд, - скорость заряженной частицы =

(B, ) F_Л = N - число заряженных частиц

Направление силы Лоренца определяем по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить навстречу N_сев., а четыре пальца по направлению движения «+» заряда, то отогнутый на 90⁰ большой палец укажет направление силы Лоренца.

Магнитный поток Ф - скалярная величина, характеризует магнитное поле, пронизывающее контур любой площади (магнитное поле, пронизывающее контур площадью 1см² характеризуется индукцией В),

n – нормаль(перпендикуляр к поверхности контура).

Ф = В S cos S - площадь контура =

(B, n)

Третий закон Ньютона, формулировка, характеристика сил действия и противодействия: модуль, направление, точка приложения, природа 7(1).

Третий закон Ньютона F₁=F₂ в векторной форме, F₁= - F₂ в скалярной форме: силы. с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулям и направлены по одной прямой в противоположные стороны. Опыт с динамометрами.

Силы должны быть: 1) одной природы (механич.+ механич; электрич.+ электрич.; магнитн.+ магнитн), 2) приложены к разным телам то - есть не уравновешиваются. Примеры проявления:а) тело лежит на поверхности стола б) тело плавает на поверхности воды.N – сила, с которой стол давит на тело, F_A – сила, с которой вода давит на тело,

приложена к телу, направлена вверх; (выталкивающая, архимедова сила), F - сила, с которой тело давит приложена к телу, направлена вверх; на стол, приложена к столу, F – сила, с которой тело давит на воду, направлена вниз N = -F по III закону Ньютона приложена к воде, направлена вниз F_A = -F по III закону Ньютона

Электромагнитная индукция (эл/м), закон, правило Ленца, самоиндукция, индуктивность, энергия магнитного поля 7(1).

Электромагнитная индукция. Явление открыл в 1831 г английский учёный Фарадей; лежит в основе работы генераторов электрического тока на электростанциях,

трансформаторов, микрофонов, индукционных печей.

Опыты Фарадея. Появление электрического тока в катушке (показывает гальванометр):