Добавил:
Nemo_Nemorino
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Підручники / Фізика 9 клас / НУШ / Фізика 9 клас Бар'яхтар 2026 рік НУШ
.pdf
Розділ 1. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІЗНИХ СЕРЕДОВИЩАХ
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
4. Як утворюється електронно-дірковий перехід?
Широке застосування напівпровідників на 99 % зумовлене власти-
востями
електронно-діркового переходу
Електронно-дірковий перехід (p-n-перехід) — це ділянка контакту двох
напівпровідників із різними типами провідності — дірковою (напівпровідник p-типу) та електронною (напівпровідник n-типу).
Формування p-n-переходу
.
p n
Відбувається контакт
напівпровідника p-типу
(де багато дірок — позначені червоними кружечками) і напівпровідника
n-типу (де багато вільних
електронів — позначені
синіми кульками).
I
Струм є
+
–
+
–
+
–
+
а
p
+
Струм незначний
б
p
Починається дифузія
вільних електронів і дірок
через місце контакту. Вільні
електрони потрапляють
у напівпровідник p-типу, де
частково захоплюються дірками. Дірки переміщуються
в протилежному напрямку.
n
Саме в електронно-дірковому переході відбу-
–
n
вається ряд цікавих явищ. Але найважливішим є той факт, що
бічну провідність
–
струм добре проходить в одному напрямку
й практично не проходить у протилежному. Цю властивість використовують для
виготовлення
транзисторів
і
+–
жоден сучасний електронний пристрій.
p n
Прилегла до місця контакту
n-ділянка набуває позитивного заряду; прилегла до
місця контакту p-ділянка
набуває негативного заряду. Навколо місця контакту
формується подвійний
запірний шар (p-n-перехід).
p-n
-перехід
має одно-
: через нього електричний
напівпровідникових діодів
, без яких неможливий
p
–
n
Напівпровідниковий діод — напівпро-
+
відниковий пристрій, у внутрішній будові
якого сформований один p
+
–
Якщо під’єднати діод так, щоб
Рис. 8.3. Приєднання
напів провідникового діода
до електричного кола:
а — пряме ввімкнення;
б — зворотне ввімкнення
ка була з’єднана з позитивним полюсом
джерела струму, а n-ділянка — з негативним (
пускати електричний струм (рис. 8.3, а).
Якщо ж під’єднати діод так, щоб p-ділянка
58
пряме ввімкнення
-n-
перехід.
p
-ділян-
), то діод буде про-
§ 8. Домішкова провідність напівпровідників. Електронно-дірковий перехід
n
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
Чому, на вашу думку, ділянка
з
p-n
-переходом має однобічну
провідність? Перевірте свою
гіпотезу, скориставшись
QR-кодом або посиланням на початку § 8.
джерела, а n-ділянка — з позитивним
зворотне ввімкнення
(
ного струму буде незрівнянно менша
від прямого (рис. 8.3, б).
За певного складу напівпровідни-
ків ділянка контакту може випромі-
нювати світло. Це явище покладено
була з’єднана з негативним полюсом
а б
p
в основу роботи
Світлодіод — напівпровідниковий
пристрій з електронно-дірковим переходом, який створює оптичне випромінювання під час пропускання елек-
Рис. 8.4. Світлодіод: а — будова; б —
позначення на електричних схемах
тричного струму в прямому напрямку.
ДОСЛІДЖЕННЯ
Що знадобиться: світлодіод; батарейка (2–4 В);
з’єднувальні проводи.
Уважно розгляньте світлодіод. Подивіться,
p
який його вивід приєднаний до
-ділянки (за-
звичай це довгий вивід), а який — до n-ділянки.
За допомогою з’єднувальних проводів приєднайте світлодіод до батарейки так, щоб позитивний полюс батарейки був приєднаний до p-ділянки
світлодіода, а негативний полюс — до n-ділянки.
Потім змініть полярність приєднання. Поясніть спостережувані явища.
), то сила зворот-
світлодіодів
(рис. 8.4).
5. Учимося розв’язувати задачі
Задача. Визначте силу струму в ділянці
кола (див. рисунок), якщо напруга на ділянці
становить 3,6 В, опір резистора 1 дорівнює
4 Ом, резистора 2 — 7 Ом, резистора 3 —
5 Ом. Якою стане сила струму, якщо змінити полярність під’єднання джерела струму?
Діоди вважайте ідеальними.
Аналіз фізичної проблеми.
законом Ома для ділянки кола та законами послідовного з’єднання
провідників. Урахуємо, що
їхній опір дорівнює нулю, за зворотного ввімкнення їхній опір є нескінченно великим, тобто струм через діод не йде.
Для розв’язання задачі скористаємося
діоди ідеальні
A
, отже,
Д
1
1
3
Д
2
2
B
за прямого ввімкнення
59
Розділ 1. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІЗНИХ СЕРЕДОВИЩАХ
I = 04
I = 03
U = 36,
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
Дано:
В
R14= Ом
R27= Ом
R35= Ом
Знайти:
— ?
I
Пошук математичної моделі, розв’язання
Частина 1. А «+», В «–».
Струм іде лише ділянкою, яка містить діод Д1;
діодом Д2, а отже, і резистором 2 струм не йде; опір
діода Д1 дорівнює нулю, тому він не впливає на струм.
Накреслимо еквівалентну схему:
1
3
A
B
Бачимо, що резистори 1 і 3 з’єднані послідовно, тому загальний
опір кола становить:
RR R
13
За законом Ома для ділянки кола маємо:
Частина 2.
А
«–», В «+».
45 9Ом Ом Ом .
Д
1
1
U
I
= = =
36
R
9
Ом
В
3
Д
2
A
2
B
04,,
А.
Тепер струм іде лише ділянкою, яка містить діод Д2; діодом Д1,
а отже, і резистором 1 струм не йде; діод Д
не впливає на струм.
2
3
A
2
B
Резистори 2 і 3 з’єднані послідовно, тому:
U
36
RR R
Відповідь:
23
7512Ом Ом Ом. I
, А; якщо змінити полярність, то
= = =
R
12
В
Ом
03,,
А.
, А.
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
Щоб отримати p-n-перехід, недостатньо, щоб два провідники з різними видами провідності «торкнулись» один одного, адже в цьому
випадку відстань між провідниками буде занадто високою й дифузії
вільних носіїв заряду не буде. Але фізики винайшли різні методи.
Один із них —
монокристала з донорною домішкою, наприклад на
германій (n-Ge), кладуть шматочок індію і нагрівають
до 500 °С. Сплавлюючись, германій та індій утворюють
тонкий шар напівпровідника p-типу (p-Ge). Часто на
одному кристалі створюють декілька p-n-переходів.
сплавний метод
. На пластинку
p-n
-перехід
In
p
-Ge
n
-Ge
60
§ 8. Домішкова провідність напівпровідників. Електронно-дірковий перехід
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
Види домішкової провідності напівпровідників
Вільний електрон Дірка
Донорні
домішки —
домішки, атоми
яких відносно
легко віддають
електрони.
Акцепторні
домішки —
домішки,
атоми яких
«запозичують»
електрони.
9 Напівпровідники з донорними
домішками — це напівпровідники
n-типу (в них більша концентрація
вільних електронів).
Електронно-дірковий перехід (p-n-перехід) — це ділянка контакту двох
напівпровідників із різними типами провідності — дірковою
(напівпровідник p-типу) та електронною (напівпровідник n-типу).
9
Має однобічну провідність
+ –
p n
Струм є
p n
Струм незначний
+–
9 Напівпровідники з акцепторними
домішками — це напівпровідники
p-типу (в них більша концентрація
дірок).
Напівпровідниковий діод — напівпро-
відниковий пристрій, у внутрішній будові якого сформований
один p-n-перехід.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Як і чому зміниться опір чистого напівпровідника, якщо до-
дати домішку? 2. Яку домішку називають донорною? 3. Яку до-
p
мішку потрібно ввести, щоб отримати напівпровідник
властивості має ділянка контакту двох напівпровідників із різними
типами провідності? Як називають цю ділянку? 5.
провідниковий діод? Наведіть його позначення на електричній схемі.
-типу? 4. Які
Що таке напів-
ВПРАВА № 8
1. Які з наведених тверджень є істинними?
А Напівпровідник з акцепторною домішкою
є напівпровідником p-т ип у.
Б У напівпровідниках n-типу основними вільними
носіями заряду є дірки.
p-n
В Опір
2. На рис. 1 наведено схему прямого ввімкнення
напівпровідника з
лярність під’єднання джерела струму до клем А і В?
-переходу залежить від напрямку струму.
p-n-
переходом у коло. Якою є по-
p
Рис. 1
n
А
В
61
Розділ 1. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІЗНИХ СЕРЕДОВИЩАХ
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
3. Визначте загальну силу струму в ділянці кола (рис. 2), якщо
напруга між точками А і В дорівнює 16 В. Діоди вважайте ідеальними. Якою буде сила струму, якщо змінити полярність під’єднання
джерела струму?
4. Електричне коло (рис. 3) складається з п’яти однакових резисторів
опором 2 Ом, двох ідеальних діодів і джерела струму. Визначте загальний опір кола до і після зміни полярності під’єднання джерела струму.
Д
4 Ом
A
Рис. 2 Рис. 3
3 Ом1 Ом
B
1
4
2 3
Д
2
1
5
5. У червні 2015 р. сонячна енергія вперше випередила інші джерела
енергії в Євросоюзі. Вона забезпечила 22,1 % споживання, випередивши атомну енергетику. Дізнайтеся, який стосунок має сонячна
енергетика до напівпровідників.
Ключові терміни
Донорна домішка
Напівпровідник p-типу
•
Світлодіод
•
•
Акцепторна домішка
• p-n
-перехід
•
Напівпровідник n-типу
•
Напівпровідниковий діод
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3
Тема. Дослідження електричного опору кола з напів-
провідниковим діодом.
Мета: дослідити особливості роботи напівпровідникового діода в колі
постійного струму, переконатися на досліді, що діод переважно пропускає струм тільки в одному напрямку.
Обладнання: напівпровідниковий діод малої потужності на підставці;
джерело постійного струму (4–6 В); вольтметр; амперметр (або міліамперметр); повзунковий реостат (0–15 Oм) із трьома виводами; ключ;
з’єднувальні проводи.
ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ
Підготовка до експерименту
1.
Уважно розгляньте електричне коло для дослідження залежності
сили прямого струму, який проходить через діод, від поданої на діод
rnk.com.ua/112774
62
Лабораторна робота № 3
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
напруги (
кола (
2.
Перенесіть електричну схему (див.
рис. 1
рис. 2
) та електричну схему цього
).
рис. 2
у зошит, поряд із кожним елементом поставте відповідну цифру (див.
рис. 1
).
Експеримент
Дотримуйтесь інструкції з безпеки.
1.
Складіть електричне коло за схемою на
рис. 2.
2.
Переміщуючи повзунок реостата, поступово
збільшуйте напругу на діоді (щоразу приблизно на 0,1 В), почавши з мінімально можливого значення. Щоразу знімайте покази
приладів і заносьте їх до таблиці.
Зверніть увагу:
сила прямого струму повинна не перевищувати
0,3 А.
Напруга U, В
щоб діод не вийшов з ладу,
)
Рис. 1
Рис. 2
1
2
3
4
V
5
мA
V
I
Сила прямого струму
3.
Змініть полярність під’єднання джерела живлення, а відповідно, і ам-
пр
, мА
перметра та переконайтеся, що в цьому випадку стрілка амперметра
майже не відхиляється.
Опрацювання результатів експерименту
За результатами експерименту побудуйте графік залежності сили
струму, що проходить через діод, від поданої на діод напруги для прямого ввімкнення діода.
Аналіз експерименту та його результатів
Проаналізувавши експеримент і його результати, зробіть висновок,
у якому зазначте: 1) роботу якого пристрою ви досліджували; 2) чи
однаково цей пристрій проводить електричний струм в обох напрямках.
Творче завдання
Запропонуйте простий пристрій, за допомогою якого можна визначати напрямок електричного струму в колі (можна запропонувати
декілька варіантів).
63
Розділ 1. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІЗНИХ СЕРЕДОВИЩАХ
RR t
1
α
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ РОЗДІЛУ 1
Ви довідалися, що майже в кожному середовищі може
існувати електричний струм, але вільні носії заряду й умо-
rnk.com.ua/
115311
ви їх появи є різними в різних середовищах.
1.
Ви згадали про електричний струм у металах і дізналися, чому
метали завжди проводять електричний струм і є найкращими провідниками.
Електричний струм у металах — напрямлений рух вільних електронів
Вільні
носії
заряду
Вільні
електрони, які
в металах
наявні
завжди
2.
Ви дізналися: якщо електроліти розчинити або розплавити, то вони
Залежність електричного
опору від температури
Зі збільшенням температури опір збільшується:
— темпера-
де
0
,
турний коефіцієнт
електричного опору
На залежності
електричного опору
металів від температури
ґрунтується дія
термометрів опору
За температури, близької
до 0 К, певні метали переходять у надпровідний стан
починають проводити електричний струм.
Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів —
напрямлений рух позитивних і негативних йонів
Вільні носії
заряду
Вільні позитивні
й негативні йони,
які в розчинах
з’являються завдяки
електролітичній
дисоціації
Залежність
електричного
опору
від температури
Зі збільшенням
температури опір
зменшується
Перший закон
Фарадея для
електролізу
m = kq, або m = kIt,
k
—
де
хімічний
еквівалент
електро-
Рафінування
очищення
Гальваностегія
покриття виробів
—
64
Електроліз — це
процес виділення
речовин на електродах,
пов’язаний з окисновідновними реакціями,
які відбуваються на
електродах під час
проходження струму.
Застосування електролізу
Виробництво
металів
—
Гальванопластика
отримання копій виробів
Виробництво
водню
—
Підбиваємо підсумки розділу 1
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
3.
Ви з’ясували, що за певних умов гази можуть стати провідниками.
Електричний струм у йонізованому газі (газовий розряд) —
напрямлений рух вільних електронів, позитивних і негативних йонів
Вільні носії заряду
Види газових розрядів
Вільні електрони і позитивні йони, які з’являються завдяки йонізації;
незначна кількість
вільних негативних йонів
4.
Ви довідалися, що електричний струм може існувати навіть у вакуумі.
Несамостійний
відбувається тільки
за наявності зовнішнього йонізатора
Самостійний
відбувається без
дії зовнішнього
йонізатора
Електричний струм у вакуумі — напрямлений рух вільних електронів
Вільні носії заряду
Електровакуумні пристрої
Вільні електрони, які
з’являються в результаті
електронної емісії,
наприклад термоелектронної
5.
Ви виявили, що в електроніці широко застосовують напівпровідники.
Вакуумний діод
має однобічну
провідність
Рентгенівська трубка
випромінює рентгенівські промені
Електричний струм у напівпровідниках —
напрямлений рух вільних електронів і дірок
Вільні носії заряду
Види провідності напівпровідників
Вільні електрони
і дірки
(точніше —
вільні та зв’язані
електрони, адже
рух зв’язаних
електронів має
вигляд руху
вакантних
місць — дірок)
Ділянка контакту двох напівпровідників із різними типами провідності —
дірковою (напівпровідник p-типу) та електронною (напівпровідник n-типу) —
це електронно-дірковий перехід (
Власна провідність
9 зумовлена наяв-
ністю однакової
кількості вільних
електронів і дірок;
9 суттєво зростає
зі збільшенням
температури
й освітленості
p-n-
перехід). Він має
Домішкова провідність
9
зумовлена наявністю
домішок;
9
напівпровідники
з донорними домішками
(n-типу) мають переважно
електронну провідність;
з акцепторними домішками
(p-типу) — переважно
діркову провідність
однобічну провідність.
65
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМООЦІНЮВАННЯ
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
Розділ 1. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІЗНИХ СЕРЕДОВИЩАХ
ДО РОЗДІЛУ 1
Група результатів 1.
Проводимо дослідження природи
1.
(1 бал) Фото якого газового розряду подано
на
рис. 1
?
А Коронного В Дугового
Б Іскрового Г Тліючого
2.
(2 бали) Щоб перевірити маркування напівпро-
відникового діода, учениця склала електричне
коло (
рис. 2
). Після замикання кола міліамперметр показав наявність струму. Яку провідність має ділянка діода, позначена смужкою?
А Тільки власну В Переважно
Б Переважно електронну діркову
3.
(3 бали) Для дослідження залежності опору
мідного дроту від температури зібрали установку (
рис. 3
).
1) Які прилади та пристрої позначено на ри-
сунку цифрами?
2) Як зміняться результати дослідження,
якщо замість мідного дроту використати
чистий напівпровідник?
4.
(6 балів) На
рис. 4
наведено схему електричного
кола, до складу якого входять дві електролітичні ванни з розчинами електролітів.
1) Які частинки є вільними носіями
заряду в розчинах електролітів?
2) Які електроди слугують катодами,
а які — анодами?
3) Як за відсутності амперметра з’ясу-
вати, що крізь розчин електроліту
йде електричний струм?
4) Якою є маса речовини, що виділила-
ся на катоді ванни 1, якщо електроліз тривав 1 год? Що це за речовина?
rnk.com.ua/
114217
Рис. 1
мА
Рис. 2
1
4
2
3
Рис. 3
0,5
0
1
1
2 4
CuSO
4
Ванна 1 Ванна 2
3
AgNO
Рис. 4
3
Група результатів 2. Здійснюємо пошук та опрацьовуємо інформацію
5.
(2 бали) Установіть відповідність між видом газового розряду (1–4)
та його схематичним зображенням (А–Г).
1 Коронний 2 Іскровий 3 Тліючий 4 Дуговий
А Б В Г
66
К А
Завдання для самооцінювання дорозділу 1
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
6.
(2 бали) Установіть відповідність між електричним пристроєм (1–4)
та його умовним позначенням на електричних схемах (А–Д).
1 Вакуумний діод 3 Фоторезистор
Напівпровідниковий діод 4 Термометр опору
2
t
, °C
А
7.
(2 бали) За відповідною таблицею установіть електрохімічний екві-
Б В Г Д
валент міді, яким ви скористаєтеся, визначаючи масу міді, що виділиться на катоді внаслідок електролізу
купрум(І) ціаніду (CuCN).
8.
(3 бали) На якому електроді (див.
рис. 4
під час електролізу виділиться більше
металу? Який це метал?
9.
(3 бали) За графіком залежності опору мета-
левого провідника від температури (
рис. 5
визначте температурний коефіцієнт опору
металу, з якого виготовлений провідник.
)
)
40
20
R, Ом
0
50 150
Рис. 5
Група результатів 3. Усвідомлюємо закономірності природи
10.
(2 бали) Установіть відповідність між видом самостійного газового
розряду (1–4) і назвою пристрою (А–Д).
1 Дуговий розряд
2 Іскровий розряд
3 Коронний розряд
4 Тліючий розряд
А Блискавковідвід
Б Запальна свічка
В Газорозрядна лампа
Г Лампа розжарення
Д Зварювальний апарат
11.
(2 бали) Під час сріблення виробу протягом 1 год на катоді виділилося
2 г срібла. Якою була сила струму в процесі сріблення?
12.
(4 бали) Сила струму у вольфрамовій нитці лампи розжарення в мо-
мент увімкнення лампи у 12,5 раза перевищує силу робочого струму.
1) Як змінюється опір нитки розжарення під час нагрівання?
2) Обчисліть температуру нитки розжарення лампи в робочому стані,
якщо в момент увімкнення її температура становить 20 °С.
13.
(4 бали) Сила струму в ділянці кола, що
містить діод Д1 (
рис. 6
), — 0,5 А. Якою буде
загальна сила струму в колі, якщо змінити полярність під’єднання джерела струму? Напруга на ділянці не змінюється,
1
+ –
2
3
Д
1
опори резисторів однакові, діоди ідеальні.
Рис. 6
t
, °C
Звірте ваші відповіді з наведеними в кінці підручника й оцініть свої результати навчання за кожною групою. Поміркуйте, що вдалося найкраще, над
чим треба ще попрацювати. Продовжуйте відкривати для себе світ фізики!
67
Соседние файлы в папке НУШ