План заняття:

Електричний струм у різних Електричний струм у різних середовищах та його використання. середовищах та його використання.

Електропровідність Електропровідність напівпровідників. напівпровідників.

Власна і домішкова провідність Власна і домішкова провідність напівпровідників. напівпровідників.

Напівпровідниковий діод. Напівпровідниковий діод. Застосування напівпровідникових Застосування напівпровідникових

приладів.приладів.

План заняття:План заняття:

1. Електричний струм у металах1. Електричний струм у металах 2. Електричний струм в електролітах.2. Електричний струм в електролітах. 3. Електричний струм у газах3. Електричний струм у газах 4. Носії зарядів у напівпровідниках.4. Носії зарядів у напівпровідниках. 5. Домішкова провідність напівпровідників.5. Домішкова провідність напівпровідників. 6. Електронно-дірковий перехід.6. Електронно-дірковий перехід. 7. Напівпровідникові діоди й транзистори.7. Напівпровідникові діоди й транзистори. 8. Інтегральні мікросхеми8. Інтегральні мікросхеми

1. Електричний струм у металах1. Електричний струм у металах

Карл Віктор Карл Віктор Едуард Рікке Едуард Рікке

(1845-1915 рр)(1845-1915 рр)

Дослід РіккеДослід Рікке

Мотив для проведення досліду:Мотив для проведення досліду: В металах є вільні електрони, але й є і

заряджені йони кристалічної решітки.

А якщо і вони переносять струм?..

Мета досліду:Мета досліду: Довести, що носіями електричного

струму в металах є виключно вільні електрони.


Для Для перевірки цього припущення перевірки цього припущення К. К. РРііккекке в 1901 році в 1901 році поставив такий поставив такий дослід:дослід:

на трамвайній підстанції в Штутгарті включив в на трамвайній підстанції в Штутгарті включив в головний провід, що живив трамвайні лінії, послідовно головний провід, що живив трамвайні лінії, послідовно один до одного тісно прижатих три циліндри з добре один до одного тісно прижатих три циліндри з добре відшліфованими торцевими поверхнями.відшліфованими торцевими поверхнями.


Два крайніх циліндри були мідними, а середній — Два крайніх циліндри були мідними, а середній — алюмінієвий. Через ці циліндри більше року алюмінієвий. Через ці циліндри більше року

проходив струм.проходив струм.

Провівши ретельний аналіз того місця де Провівши ретельний аналіз того місця де циліндри контактували, К. Рикке не виявив в міді циліндри контактували, К. Рикке не виявив в міді атомів алюмінію, а в алюмінії – атомів міді, тобто атомів алюмінію, а в алюмінії – атомів міді, тобто дифузія не відбуласядифузія не відбулася..


Таким чином експериментально було доведено, що Таким чином експериментально було доведено, що при проходженні по провіднику електричного при проходженні по провіднику електричного струму йони не переміщуються.струму йони не переміщуються.

Очевидно переміщуються лише вільні електрони, а Очевидно переміщуються лише вільні електрони, а

вони у всіх речовинах однаковівони у всіх речовинах однакові Отже, електричний струм в металевих провідниках Отже, електричний струм в металевих провідниках

зумовлюється впорядкованим рухом зумовлюється впорядкованим рухом вільних вільних електронів.електронів.


Прямі докази електронної природи струму в Прямі докази електронної природи струму в металі дали досліди металі дали досліди

Мандельштама–Мандельштама– іі ТолменаТолмена

ПапалексиПапалекси (1913) (1913) ––СтюартаСтюарта (1916). (1916).

було встановлене відношення заряду було встановлене відношення заряду електрона доелектрона до його маси:його маси:

кг

Кл1076,1 11

m

e


ООпір металів залежить від температури.пір металів залежить від температури.

Під час нагрівання провідника його Під час нагрівання провідника його геометричні розміри змінюються незначною геометричні розміри змінюються незначною мірою. мірою.

Опір провідника змінюється в основному заОпір провідника змінюється в основному за рахунок зміни його питомого опору: рахунок зміни його питомого опору:

t 10


В В 1911 1911 році голландськийроці голландський фізикфізик КамерлінгКамерлінг--ОннесОннес виявив:виявив:

Явище, яке полягає в тому, Явище, яке полягає в тому, що опір провідника за що опір провідника за певної температурипевної температури стає стає рівним нулю, називають рівним нулю, називають надпровідністюнадпровідністю. .

підпід часчас охолодженняохолодження ртутіртуті вв рідкомурідкому геліїгелії їїїї опіропір спочаткуспочатку змінюєтьсязмінюється поступовопоступово, , аа потімпотім заза температуритемператури 4,15 4,15 КК різкорізко знижуєтьсязнижується додо нулянуля..

2. Електричний струм в електролітах2. Електричний струм в електролітах

Процес розпаду молекул розчиненої Процес розпаду молекул розчиненої речовини на іони під дією розчинника речовини на іони під дією розчинника називається називається електролітичною електролітичною дисоціацієюдисоціацією..

Процес виділення речовини на Процес виділення речовини на електродах під час проходження електродах під час проходження електричного струму через електроліт електричного струму через електроліт називають називають електролізомелектролізом..

2. Електричний струм в електролітах2. Електричний струм в електролітах

1791 -1867 рр.1791 -1867 рр.

Закон електролізуЗакон електролізу:: маса речовини m, яка маса речовини m, яка

виділилася на електроді, виділилася на електроді, пропорційна зарядупропорційна заряду q, який q, який пройшов через електроліт:пройшов через електроліт:

mm= = kqkq.. Оскільки Оскільки q q = = ItIt, де , де I I — сила — сила

струму, струму, t t — час — час проходженняпроходження струму, то струму, то

mm= = kItkIt.. Сталу Сталу k k називають називають

електрохімічним електрохімічним еквівалентом речовиниеквівалентом речовини..

2. Електричний струм в електролітах2. Електричний струм в електролітахТехнічне застосування електролізу:Технічне застосування електролізу: ГальванотехнікаГальванотехніка::а) а) гальваностегіягальваностегія — покриття деталей тонким шаром — покриття деталей тонким шаром

металлуметаллу (золочення, нікелювання, хромування й т. (золочення, нікелювання, хромування й т. ін.);ін.);

б) б) гальванопластикагальванопластика — відкладення товстого шару — відкладення товстого шару металу,металу, який відшаровують і використовують який відшаровують і використовують самостійно (одержання матриць для друкованих самостійно (одержання матриць для друкованих пластинок, барельєф і т. ін.).пластинок, барельєф і т. ін.).

ЕлектрометалургіяЕлектрометалургія — виділення чистих металів із — виділення чистих металів із природнихприродних сумішей (міді з мідного колчедану, сумішей (міді з мідного колчедану, алюмінію з розплавленогоалюмінію з розплавленого бокситу).бокситу).

Очищення металевих деталейОчищення металевих деталей (деталь є анодом). (деталь є анодом).

33. Електричний струм у газах. Електричний струм у газах

Іонізація газівІонізація газів — відрив від їхніх атомів — відрив від їхніх атомів або молекул електронів.або молекул електронів.

Протилежним процесу іонізації газів є Протилежним процесу іонізації газів є процес процес рекомбінації рекомбінації —— возз’єднання возз’єднання протилежно заряджених частинок у протилежно заряджених частинок у нейтральні молекули.нейтральні молекули.

33. Електричний струм у газах. Електричний струм у газах Процес протікання електричного струму через Процес протікання електричного струму через

газ називаютьгаз називають газовим розрядомгазовим розрядом..Існує два види газового розряду — Існує два види газового розряду —

несамостійнийнесамостійний і і самостійнийсамостійний..

Газовий розряд, який можна спостерігати Газовий розряд, який можна спостерігати тільки за наявності зовнішнього іонізатора, тільки за наявності зовнішнього іонізатора, називають називають несамостійним газовим несамостійним газовим розрядомрозрядом..

Газовий розряд, що триває після того, як Газовий розряд, що триває після того, як припиниться дія зовнішньогоприпиниться дія зовнішнього іонізатора, іонізатора, називається називається самостійним газовим самостійним газовим розрядомрозрядом. .


Залежно від тиску газу, конфігурації Залежно від тиску газу, конфігурації електродів і параметрівелектродів і параметрів зовнішнього зовнішнього кола існує кола існує

чотири типи самостійних розрядівчотири типи самостійних розрядів: :

тліючий, іскровий, коронний і дуговий.тліючий, іскровий, коронний і дуговий.


Електричний розряд, що відбувається за Електричний розряд, що відбувається за низького тиску (частинки міліметра ртутного низького тиску (частинки міліметра ртутного стовпа, тобто в тисячі разів менше від стовпа, тобто в тисячі разів менше від атмосферного тиску), називають атмосферного тиску), називають

тліючимтліючим розрядом розрядом. .


ІскровийІскровий розряд розряд виникає в газі зазвичай за виникає в газі зазвичай за тисках порядку атмосферного. Він тисках порядку атмосферного. Він характеризується переривчастою формою.характеризується переривчастою формою.


КороннийКоронний розряд розряд виникає в сильному виникає в сильному неоднорідному електричному полі за неоднорідному електричному полі за порівняно високих тисків газу (подібно до порівняно високих тисків газу (подібно до атмосферного). атмосферного).


Якщо після одержання іскрового розряду від Якщо після одержання іскрового розряду від потужного джерела поступово зменшувати потужного джерела поступово зменшувати відстань між електродами, то розрядвідстань між електродами, то розряд з з переривчастого стає безперервним, виникає переривчастого стає безперервним, виникає нова форма газовогонова форма газового розряду, яка розряду, яка називається називається дуговимдуговим розрядом розрядом..


Дуговий розряд Дуговий розряд використовують для використовують для електрозварювання металів. електрозварювання металів. Значний внесок у розробку Значний внесок у розробку методів електрозварювання методів електрозварювання внесли українські вчені під внесли українські вчені під керівництвом академіка керівництвом академіка

А. Є. ПатонаА. Є. Патона — організатора — організатора й першого директора й першого директора Інституту Інституту електрозварювання в Києві. електрозварювання в Києві.

4. 4. НосіїНосії зарядівзарядів уу напівпровідникахнапівпровідниках

Напівпровідники Напівпровідники — речовини, питомий опір — речовини, питомий опір яких дуже швидко убуваєяких дуже швидко убуває з підвищенням з підвищенням температури.температури.

До напівпровідників належать багато хімічних До напівпровідників належать багато хімічних елементів (бор,елементів (бор, кремній, германій, фосфор, кремній, германій, фосфор, миш’як, селенів, телур і ін.), величезна кількість миш’як, селенів, телур і ін.), величезна кількість мінералів, сплавів і хімічних сполук. Майже всі мінералів, сплавів і хімічних сполук. Майже всі неорганічні речовини навколишнього світу — неорганічні речовини навколишнього світу — напівпровідникинапівпровідники..

4. 4. НосіїНосії зарядівзарядів уу напівпровідникахнапівпровідниках

Провідність напівпровідника, обумовлену рухом Провідність напівпровідника, обумовлену рухом електронів, називають електронів, називають електронноюелектронною..

Провідність напівпровідника, обумовлену рухом Провідність напівпровідника, обумовлену рухом дірок, називають дірок, називають дірковоюдірковою..

У чистому напівпровіднику (без домішок) У чистому напівпровіднику (без домішок) електричний струм створює однакову кількість електричний струм створює однакову кількість вільних електронів і дірок. Таку провідність вільних електронів і дірок. Таку провідність називають називають власною провідністю власною провідністю напівпровідників.напівпровідників.

55. Домішкова провідність напівпровідників. Домішкова провідність напівпровідників

Домішки, атоми яких легко віддають електрони, Домішки, атоми яких легко віддають електрони, називаються називаються донорнимидонорними..

Домішки, які «захоплюють» електрони атомів Домішки, які «захоплюють» електрони атомів кристалічної решіткикристалічної решітки напівпровідників, напівпровідників, називаються називаються акцепторнимиакцепторними..

У випадку акцепторної домішки основними У випадку акцепторної домішки основними носіями заряду підносіями заряду під час проходження час проходження електричного струму через напівпровідник є електричного струму через напівпровідник є діркидірки. .

Напівпровідники, у яких основними носіями Напівпровідники, у яких основними носіями зарядів є дірки,зарядів є дірки, називають напівпровідниками називають напівпровідниками p p --типутипу..

6. 6. ЕлектронноЕлектронно--дірковийдірковий перехідперехід

Це область контакту напівпровідників р- та Це область контакту напівпровідників р- та nn--типутипу, яка характеризується одностороннім , яка характеризується одностороннім пропусканням електричного струму.пропусканням електричного струму.

Якщо приєднати напівпровідник Якщо приєднати напівпровідник pp -типу до позитивного, -типу до позитивного, а а n n -типу до негативного полюса джерела, то цей напрямок -типу до негативного полюса джерела, то цей напрямок струму називають струму називають пропускнимпропускним,, або або прямимпрямим. .

Якщо приєднати напівпровідник Якщо приєднати напівпровідник n n -типу до позитивного,-типу до позитивного, а а p p -типу до негативного полюса джерела, то цей напрямок -типу до негативного полюса джерела, то цей напрямок

струму називають струму називають замикаючийзамикаючий,, або або зворотнійзворотній..

77. Напівпровідникові діоди й транзистори. Напівпровідникові діоди й транзистори

Через границю розділу напівпровідників Через границю розділу напівпровідників nn-типу й -типу й

pp-типу-типу електричний струм іде тільки в одному електричний струм іде тільки в одному напрямку — від напівпровідника напрямку — від напівпровідника pp-типу до -типу до напівпровідника напівпровідника nn-типу.-типу.

Це використовують у пристроях, які називають Це використовують у пристроях, які називають діодамидіодами..


Напівпроводникові діодиНапівпроводникові діоди використовують для використовують для випрямлення струму змінного напрямку (такий випрямлення струму змінного напрямку (такий струм називають змінним), а такожструм називають змінним), а також для для виготовлення світлодіодів.виготовлення світлодіодів.


Ще більш важливим застосуванням Ще більш важливим застосуванням напівпровідників ставнапівпровідників став транзистортранзистор. .

Він складається із трьох шарів напівпровідників: Він складається із трьох шарів напівпровідників: попо краях розташовано напівпровідники одного краях розташовано напівпровідники одного типу, а між ними —типу, а між ними — найтонший прошарок найтонший прошарок напівпровідника іншого типу. напівпровідника іншого типу.

88. Інтегральні мікросхеми. Інтегральні мікросхеми

Напівпровідникові діоди й транзистори є Напівпровідникові діоди й транзистори є «цеглинками» дуже«цеглинками» дуже складних пристроїв, які складних пристроїв, які називають називають інтегральними мікросхемамиінтегральними мікросхемами..

Домашнє завдання:Домашнє завдання:

§§

Documents

План заняття: