mājas Sižets

Vispārējā fizika. Elektriskā strāva metālos. Fizikas prezentācija par tēmu "elektriskā strāva metālos" Fizikas prezentācijas strāva metālos

Elektriskā strāva metālos Savvateeva Svetlana Nikolajevna, fizikas skolotāja, Tveras apgabala Bologovskas rajona MBOU "Kemetskas vidusskola". ŠODIEN NODARBĪBĀ Noslēpums kļūst skaidrs. Kas slēpjas aiz jēdziena "Strāvas nesēji metālos"? Kādas ir metālu elektriskās vadītspējas klasiskās teorijas grūtības? Kāpēc kvēlspuldzes izdeg? Kāpēc tie izdeg, kad tie ir ieslēgti? Kā zaudēt pretestību? ATKĀRTOT

Kas ir elektriskā strāva?
Kādi ir strāvas pastāvēšanas nosacījumi?
Kādas strāvas darbības jūs zināt?
Kāds ir strāvas virziens?
Kāda ir strāvas vērtība elektriskā ķēdē?
Kāda ir strāvas mērvienība?
No kādiem lielumiem ir atkarīgs strāvas stiprums?
Kāds ir strāvas izplatīšanās ātrums vadītājā?
Kāds ir elektronu sakārtotās kustības ātrums?
Vai pretestība ir atkarīga no strāvas un sprieguma?
Kā tiek formulēts Oma likums ķēdes posmam un visai ķēdei?

DAŽĀDU VIELU ELEKTRISKĀ VADĪTĀJA

Mandelštams un Papaleksi (1913)

Stjuarts un Tolmans (1916)

Strāvas virzienā -< 0

Pēc І J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) tie ir elektroni!

Rikkes pieredze (vācu val.) - 1901 gads! M = const, tie nav joni!

METĀLOS LĀDINĀTĀJU DARBĪBA

Elektriskā strāva metālos ir elektronu virzīta kustība.

Metālu elektriskās vadītspējas teorija

P. Druse, 1900:

brīvie elektroni - "elektroniskā gāze";
elektroni pārvietojas saskaņā ar Ņūtona likumiem;
brīvie elektroni saduras ar kristāla joniem. režģi;
sadursmes laikā elektroni nodod savu kinētisko enerģiju joniem;
vidējais ātrums ir proporcionāls intensitātei un līdz ar to arī potenciālai starpībai;

R= f (ρ, l, s, t)

pretestības termometri

Priekšrocības: palīdz izmērīt ļoti zemu un ļoti augstu temperatūru.

supravadītspēja Dzīvsudrabs šķidrā hēlijā

Paskaidrojums ir balstīts uz kvantu teoriju.

D. Bārdīns, L. Kūpers, D. Šrīfers (Amer.) un

N. Bogoļubovs (līdzstudents 1957. g.)

Supravadītspējas pielietojums!

lielu strāvu, magnētisko lauku iegūšana;
elektroenerģijas pārvade bez zudumiem.

kontroles tests

Kā brīvie elektroni pārvietojas metālos?
Kā brīvie elektroni pārvietojas metālos elektriskā lauka iedarbībā?
.Kādas daļiņas atrodas metālu kristāliskā režģa mezglos un kāds tām ir lādiņš?
Kādu elektriskās strāvas efektu izmanto elektriskās lampās?
Kuru daļiņu kustība tiek uzskatīta par strāvas virzienu vadītājā?
Kāpēc metāli sakarst, kad caur tiem iet strāva?
Kā mainās metālu pretestība, tos atdzesējot?

1. B. 2. D. 3.B. 4.G. 5.B. 6.B. 7.B.

RISINĀT PROBLĒMU

1. Elektriskās lampas volframa kvēldiega elektriskā pretestība 23 ° C temperatūrā ir 4 omi.

Atrodiet kvēldiega elektrisko pretestību 0°C temperatūrā.

(Atbilde: 3,6 omi)

2. Volframa kvēldiega elektriskā pretestība 0°C temperatūrā ir 3,6 omi. Atrodiet elektrisko pretestību

2700 K temperatūrā.

(Atbilde: 45,5 omi)

3. Vada elektriskā pretestība 20°C temperatūrā ir 25 omi, 60°C temperatūrā 20 omi. Atrast

Elektriskās pretestības temperatūras koeficients.

Lektors: Ph.D. PhD, asociētais profesors
Veretelņiks Vladimirs Ivanovičs

Elektriskā strāva metālos

1.
2.
3.
4.
5.
Tolmana-Stjuarta pieredze.
Klasiskā vadīšanas teorija
metāli - Druda-Lorenca teorija.
Oma likums un Džoula-Lenca likums
klasiskā elektriskās vadītspējas teorija.
Supravadītspēja.
Elektronu caurumu pāreja.
Tranzistori.

Elektriskā strāva metālos

Elektriskā strāva metālos ir
sakārtota elektronu kustība
elektriskā lauka iedarbībā.
Pārliecinošākie pierādījumi
strāvas elektroniskā būtība metālos bija
iegūts eksperimentos ar elektronu inerci
(Tolmana un Stjuarta pieredze).
Spole ar lielu skaitu apgriezienu plānas
vadi tika ieviesti straujā rotācijā
ap savu asi.
Spoles gali ar elastīgiem vadiem
tika piesaistīti jutīgiem
ballistiskais galvanometrs.

Elektriskā strāva metālos

Nevītītā spole strauji
nobremzēja un pacēlās ķēdē
īstermiņa strāva jāmaksā
lādiņa nesēja inerce.
Kopējais lādiņš, kas plūst caur ķēdi
tika mērīts ar bultas noraidīšanu
galvanometrs.

Elektriskā strāva metālos

Bremzējot rotējošu spoli, katram
lādiņa nesējs e iedarbojas bremzēšanas spēks, kas
spēlē ārēja spēka, tas ir, spēka, lomu
neelektriska izcelsme.
Ārējais spēks, kas saistīts ar lādiņa vienību, saskaņā ar
definīcija ir lauka intensitāte Est
ārējie spēki:
Tāpēc ķēdē, bremzējot spoli
rodas elektromotora spēks:

Elektriskā strāva metālos

kur l ir spoles stieples garums. Palēnināšanās laikā
spoli, caur ķēdi plūdīs lādiņš q, kas vienāds ar:
Šeit I ir strāvas momentānā vērtība spolē, R ir
ķēdes pretestība, υ0 - sākotnējā lineārā
stieples ātrums.
Līdz ar to brīvo strāvas nesēju īpašā maksa e / m
metālos ir vienāds ar:
Pēc mūsdienu datiem elektronu lādiņa modulis
(elementārais lādiņš) ir

Elektriskā strāva metālos

Īpaša maksa
Laba metālu elektrovadītspēja
izskaidrojams ar augsto koncentrāciju
brīvie elektroni, vienādi secībā
atomu skaits tilpuma vienībā.
Pieņēmums par to, kāda veida elektriskā strāva
elektroni ir atbildīgi metālos,
daudz agrāk nekā Tolmana un Stjuarta eksperimenti.
Vēl 1900. gadā vācu zinātnieks P. Drude
hipotēzes pamatā par brīvo esamību
elektroni metālos radīja elektronu
metālu vadītspējas teorija.

Elektriskā strāva metālos

Šī teorija tika izstrādāta holandiešu darbos
H. Lorenca fiziku un sauc par klasisko
elektroniskā teorija.
Saskaņā ar šo teoriju elektroni metālos uzvedas
kā elektronu gāze, daudzējādā ziņā līdzīga ideālam
gāze.
Elektronu gāze aizpilda telpu starp joniem,
veidojot metāla kristāla režģi
Pateicoties mijiedarbībai ar joniem, elektroni var
atstāt metālu, tikai pārvarot t.s
potenciālā barjera.
Šīs barjeras augstumu sauc par darba funkciju.
Parastā (istabas) temperatūrā elektroni to nedara
pietiekami daudz enerģijas, lai pārvarētu potenciālu
barjera.

Elektriskā strāva metālos

Saskaņā ar Druda-Lorenca teoriju,
elektroniem ir vienāds vidējais rādītājs
siltuma kustības enerģija, kā arī
monatomiskās ideālās molekulas
gāze.
Tas ļauj mums novērtēt vidējo
termiskās kustības ātrums
elektroni pēc molekulārās kinētiskās teorijas formulām.
Istabas temperatūrā tas
izrādās aptuveni vienāds ar 105 m/s.

Elektriskā strāva metālos

Piemērojot ārējo
elektriskais lauks iekšā
metāla vadītājs, izņemot
elektronu termiskā kustība
viņu pasūtīts
kustība (drift), tas ir
elektrība.

Elektriskā strāva metālos

Dreifa ātruma novērtējums
parāda, ka metālam
vadītājs ar šķērsgriezumu 1 mm2, pa kuru
plūst strāva 10 A, šī vērtība atrodas
0,6–6 mm/s robežās.
Tātad vidējais ātrums
sakārtota elektronu kustība iekšā
daudzi metāla vadītāji
pakāpes mazāks par to vidējo ātrumu.
termiskā kustība.

Elektriskā strāva metālos

Lēns dreifēšanas ātrums ir pretrunā
eksperimentāls fakts, ka strāva visā ķēdē
līdzstrāva ir uzstādīta praktiski
uzreiz.
Ķēdes aizvēršana izraisa izplatīšanos
elektriskais lauks ar ātrumu c = 3 108 m/s.
Pēc laika, kas ir l/s (l ir ķēdes garums)
gar ķēdi stacionārs
elektriskā lauka sadalījums un tajā
sākas sakārtota kustība
elektroni.

Elektriskā strāva metālos

Klasiskajā metālu elektroniskajā teorijā
tiek pieņemts, ka elektronu kustība
pakļaujas Ņūtona mehānikas likumiem.
Šī teorija ignorē mijiedarbību
elektroni savā starpā un to mijiedarbība
ar pozitīvajiem joniem samazināt tikai līdz
sadursmes.
Tāpat tiek pieņemts, ka katram
sadursmes gadījumā elektrons pārnes visu
elektriskajā laukā uzkrātā enerģija un
tātad pēc sadursmes tas sākas
kustība ar nulles dreifēšanas ātrumu.

Elektriskā strāva metālos

Lai gan visi šie pieņēmumi ir
ļoti aptuvens, klasisks elektronisks
teorija kvalitatīvi izskaidro elektriskās likumus
strāva metāliskajos vadītājos.
Oma likums. Starp ietekmi uz
uz elektronu iedarbojas spēks, kas vienāds ar moduli eE, in
izraisot tā paātrināšanos
Tāpēc līdz brīvā skrējiena beigām drifts
elektrona ātrums ir

Elektriskā strāva metālos

kur τ ir brīvais darbības laiks,
kas, lai vienkāršotu aprēķinus
pieņemts, ka tas visiem ir vienāds
elektroni.
Vidējās vērtības novirze
vienāds ar pusi no maksimālā
vērtības:

Elektriskā strāva metālos

Apsveriet vadītāju ar garumu l un šķērsgriezumu S ar
elektronu koncentrācija n.
Strāvu vadītājā var uzrakstīt šādi:
kur U = El ir spriegums vadītāja galos.
Iegūtā formula izsaka Oma likumu par
metāla vadītājs.
Vadītāja elektriskā pretestība
vienāds:

Elektriskā strāva metālos

Pretestība ρ un īpatnējā
tiek izteikta vadītspēja σ
attiecības:
Džoula-Lenca likums. Līdz beigām
brīvā ceļa elektroni
kas iegūti lauka iedarbībā
kinētiskā enerģija

Elektriskā strāva metālos

Saskaņā ar izdarītajiem pieņēmumiem,
visa šī enerģija tiek pārnesta uz režģi plkst
sadursme un pārvēršas siltumā.
Laikā Δt katrs elektrons
piedzīvo Δt / τ sadursmes.
Vadītājā ar šķērsgriezumu S un garumu l
ir nSl elektroni.
No tā izriet, ka
vadītājs laikā Δt siltums ir vienāds ar:

Elektriskā strāva metālos

Šī attiecība izsaka
Džoula-Lenca likums.
Tādējādi klasiskā elektroniskā
teorija izskaidro eksistenci
metālu elektriskā pretestība,
Oma un Džoula-Lenca likumi.
Tomēr vairākos jautājumos klasiskā
elektroniskā teorija liek izdarīt secinājumus,
pretrunā ar pieredzi.

Elektriskā strāva metālos

Šī teorija, piemēram, nevar izskaidrot, kāpēc
metālu molārā siltumietilpība, kā arī molārā
dielektrisko kristālu siltumietilpība, vienāda ar 3R,
kur R ir universālā gāzes konstante (likums
Dulongs un Petits.)
Klasiskā elektronu teorija nevar
izskaidrot konkrēto temperatūras atkarību
metāla pretestība.
Teorija dod
kamēr no eksperimenta
tiek iegūta atkarība ρ ~ T.
Tomēr visspilgtākais piemērs neatbilstībai starp teoriju un
eksperimenti ir supravadītspēja.

Elektriskā strāva metālos

Dažiem konkrētiem
temperatūra Tcr, dažādiem dažādiem
vielas, pretestība
lec uz leju līdz nullei.
Dzīvsudraba kritiskā temperatūra ir
4,1 K, alumīnijs 1,2 K, alva 3,7 K.
Tiek novērota supravadītspēja
tikai elementiem, bet arī daudziem
ķīmiskie savienojumi un sakausējumi.

Elektriskā strāva metālos

Piemēram, niobija savienojums ar alvu
(Ni3Sn) ir kritiska temperatūra
18 K.
Dažas vielas, kas iziet cauri
zema temperatūra supravadītājā
stāvoklī, nav vadītāji
normālā temperatūrā.
Tajā pašā laikā tik "labi"
vadītāji, piemēram, varš un sudrabs
kļūt par supravadītājiem, kad
zemas temperatūras.

Elektriskā strāva metālos

Vielas supravadītājā
spējīgs valdīt
izcilas īpašības.
Gandrīz vissvarīgākais
tās ir spējas
ilgu laiku (daudzus gadus)
uzturēt bez izbalēšanas
elektriskā strāva ierosināta iekšā
supravadītāja ķēde.

Elektriskā strāva metālos

Klasiskā elektronu teorija nav
spēj izskaidrot parādību
supravadītspēja. Paskaidrojums
tika dots šīs parādības mehānisms
tikai 60 gadus pēc tās atklāšanas
pamatojoties uz kvantu mehānisko
reprezentācijas.
Zinātniskā interese par supravadītspēju
palielinājies kā jauns
materiāli ar augstāku
kritiskās temperatūras.

Elektriskā strāva metālos

Ir sperts nozīmīgs solis šajā virzienā
1986. gads, kad atklājās, ka viens komplekss
keramikas savienojums Tcr = 35 K.
Jau nākamajā 1987. gadā fiziķiem izdevās izveidot
jauna keramika ar kritisko temperatūru 98 K,
pārsniedzot šķidrā slāpekļa temperatūru (77 K).
Vielu pārejas fenomens supravadītājā
stāvoklis temperatūrā virs temperatūras
verdošs šķidrais slāpeklis, sauca
Augstas temperatūras supravadītspēja.
1988. gadā tika izveidots keramikas savienojums
pamatojoties uz Tl–Ca–Ba–Cu–O elementiem ar kritisko
temperatūra 125 K.
Jāatzīmē, ka līdz šim mehānisms
augstas temperatūras supravadītspējas keramika
materiāls vēl nav pilnībā noskaidrots.

1.
2.
3.
4.
Kvalitatīva atšķirība starp pusvadītājiem un
metāli.
Elektronu caurumu mehānisms
tīra tīra vadītspēja
pusvadītāji.
Elektroniskā un caurumu vadītspēja
piemaisījumu pusvadītāji. Donors un
akceptoru piemaisījumi.
Elektronu caurumu pāreja.
pusvadītāju diode. Tranzistors.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Pusvadītāji ir
daudzi ķīmiskie elementi (germānija,
silīcijs, selēns, telūrs, arsēns utt.),
plašs sakausējumu klāsts un
ķīmiskie savienojumi.
Gandrīz visas neorganiskās vielas
pasaule ap mums -
pusvadītāji.
Visbiežāk sastopams dabā
silīcijs ir pusvadītājs
kas veido apmēram 30% no zemes garozas.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Kvalitatīva atšķirība
pusvadītāji no metāliem
galvenokārt izpaužas
specifisks
temperatūras izturība.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Šāda atkarības ρ(T) uzvedība liecina, ka
ka pusvadītājiem ir koncentrācija
nav bezmaksas maksas nesēju
paliek nemainīgs, bet palielinās ar
temperatūras paaugstināšanās.
Apskatīsim šo mehānismu kvalitatīvi.
uz germānija (Ge) piemēra.
Silīcija (Si) kristālā mehānisms
līdzīgi.

Elektriskā strāva pusvadītājos

germānija atomiem ir četri vāji
piesaistīts elektrons uz ārējā apvalka.
Tos sauc par valences elektroniem.
Kristāla režģī katrs atoms
apkārt četri tuvākie kaimiņi.
Saite starp atomiem germānija kristālā
ir kovalenta, t.i., veikta
valences elektronu pāri.
Katrs valences elektrons pieder diviem
atomi.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Valences elektroni germānija kristālā
ir daudz spēcīgāk saistīti ar atomiem nekā iekšā
metāli.
Tāpēc elektronu koncentrācija
vadītspēja istabas temperatūrā iekšā
pusvadītāji ir par daudzām kārtām mazāki,
nekā metāli.
Temperatūra tuvu absolūtajai nullei
germānija kristālā visi elektroni ir aizņemti
savienojumu veidošanās.
Tāds elektriskās strāvas kristāls nav
diriģē.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Pāru elektroniskās saites kristālā
germānija un elektronu caurumu pāra veidošanās.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Temperatūrai paaugstinoties, daži
daži valences elektroni
saņemt pietiekami daudz enerģijas, lai
kovalento saišu pārraušana.
Tad kristālā parādīsies brīvi kristāli.
elektroni (vadības elektroni).
Tajā pašā laikā vietās, kur tiek pārrautas saites
ir vakances, kuras nav aizpildītas
elektroni.
Šīs vakances sauc
"caurumi".

Elektriskā strāva pusvadītājos

Vakance var būt aizpildīta
valences elektrons no kaimiņa
pāriem, tad caurums pārvietosies uz
jauna vieta kristālā.
Ja tiek ievietots pusvadītājs
elektriskais lauks, pēc tam sakārtots
kustība ietver ne tikai
brīvie elektroni, bet arī caurumi,
kuri uzvedas pozitīvi
lādētas daļiņas.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Tāpēc strāva I pusvadītājā
sastāv no elektroniskā In un
cauruma Ip strāvas:
I = In + IP.
Elektronu caurumu mehānisms
parādās tikai vadītspēja
tīrā veidā (t.i., bez piemaisījumiem)
pusvadītāji. Tas tiek saukts
savs elektriskais
pusvadītāju vadītspēja.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Piemaisījumu klātbūtnē
pusvadītāju elektrovadītspēja
ļoti mainās.
Piemēram, fosfora piemaisījumu pievienošana
silīcija kristāls 0,001 apjomā
atomprocenti samazina īpatnējo
pretestība vairāk nekā piecas
pasūtījumus.
Tik spēcīga piemaisījumu ietekme var
jāpaskaidro, pamatojoties uz
virs struktūras jēdziena
pusvadītāji.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Nepieciešams nosacījums asam
pretestības samazināšanās
pusvadītājs ar piemaisījumu ievadīšanu
ir atšķirība starp atomu valenci
piemaisījumi no galvenā valences
kristāla atomi.
Pusvadītāju vadītspēja plkst
piemaisījumu klātbūtni sauc
piemaisījumu vadītspēja.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Ir divu veidu piemaisījumi
vadītspēja - elektroniskā un
caurumu vadītspēja.
Elektroniskā vadītspēja
rodas, kad kristāls
germānija ar četrvērtīgu
atomi ieviesti piecvērtīgi
atomi (piemēram, arsēna atomi,
Kā).

Elektriskā strāva pusvadītājos

Četri arsēna atoma valences elektroni
iekļauti kovalento saišu veidošanā ar
četri blakus esošie germānija atomi.
Piektais valences elektrons izrādījās lieks.
Tas viegli atdalās no arsēna atoma un
kļūst brīvs.
Atoms, kas zaudējis elektronu, kļūst
pozitīvs jons, kas atrodas mezglā
kristāla režģis.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Atomu maisījums ar valenci,
pārsniedzot galveno atomu valenci
sauc par pusvadītāju kristālu
donoru piemaisījums.
Tā ievadīšanas rezultātā kristālā
ir ievērojams skaits bezmaksas
elektroni.
Tas noved pie krasa specifiskā samazināšanās
pusvadītāju pretestība - tūkstošos un
pat miljoniem reižu.
Vadītāja pretestība ar
augsts piemaisījumu saturs
pieejas pretestība
metāla vadītājs.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Tāda vadītspēja
kondicionē bezmaksas
sauc par elektroniem
elektronisko un pusvadītāju,
kam ir elektroniska
vadītspēju sauc
n-veida pusvadītājs.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Caurvadīšana notiek, kad
germānija kristāls ieviests trīsvērtīgs
atomi (piemēram, indija atomi, In).

Elektriskā strāva pusvadītājos

Uz att. parāda indija atomu, kas tika izveidots ar
ar saviem valences elektroniem
kovalentās saites tikai ar trim kaimiņiem
germānija atomi.
Veidot saikni ar ceturto atomu
germānijā indija atomā nav elektronu.
Šis trūkstošais elektrons varētu būt
ko no kovalentās saites uztver indija atoms
blakus esošie germānija atomi.
Šajā gadījumā indija atoms kļūst
negatīvs jons, kas atrodas mezglā
kristāla režģī, un kovalentā
kaimiņu atomu saites, veidojas vakance.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Atomu maisījums, kas spēj uztvert
elektronus sauc par akceptoriem
piemaisījums.

Akceptora piemaisījuma ievadīšanas rezultātā
kristāls ir saplēsts ar daudziem kovalentiem
veidojas obligācijas un vakances (caurumi).
Elektroni var pārlēkt uz šīm vietām no
blakus esošās kovalentās saites, kā rezultātā
haotiska klejošana pa caurumiem kristālā.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Caurumu koncentrācija pusvadītājā ar
akceptora piemaisījums
pārsniedz elektronu koncentrāciju
radās sava mehānisma dēļ
pusvadītāju elektrovadītspēja: np >> nn.
Šo vadīšanas veidu sauc
caurumu vadītspēja.
Piemaisījumu pusvadītājs ar caurumu
vadītspēju sauc par pusvadītāju
p veida.
Galvenie bezmaksas maksas nesēji iekšā
p-veida pusvadītāji ir caurumi.

Elektriskā strāva pusvadītājos

Jāuzsver, ka caurums
vadītspēja realitātē
stafetes dēļ
pa vakancēm no viena germānija atoma uz
citi elektroni, kas
izveidot kovalento saiti.
n un p tipa pusvadtjiem likums
Ohm tiek veikts noteiktos
strāvas un sprieguma intervāli pie
koncentrāciju noturības nosacījums
bezmaksas pārvadātāji.

Mūsdienu elektroniskajās tehnoloģijās
spēlē pusvadītāju ierīces
izņēmuma loma.
Pēdējo trīs gadu desmitu laikā viņi to ir izdarījuši
pilnībā nomainīts elektrovakuums
ierīces.
Katrai pusvadītāju ierīcei ir
viens vai vairāki elektronu caurumi
pārejas.
Elektronu caurumu krustojums (vai n-p savienojums) ir kontakta laukums starp diviem
dažādu veidu pusvadītāji
vadītspēja.

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

Kad divi pusvadītāji n- un
p-tipi, sākas difūzijas process:
caurumi no p-apgabala nonāk n-apgabalā, un elektroni, gluži pretēji, no n-apgabala uz p-apgabalu.
Rezultātā n-reģionā pie zonas
kontakta koncentrācija samazinās
elektroniem un rodas pozitīvi
uzlādēts slānis.
P-reģionā koncentrācija samazinās
caurumi un rodas negatīvi
uzlādēts slānis.

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

Tādējādi uz pusvadītāju robežas
veidojas elektrisks dubultslānis
kuru elektriskais lauks neļauj
elektronu un caurumu difūzijas process
vienam pret otru

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

n-p krustojumam ir pārsteidzošs
īpašums vienpusējs
vadītspēja.
Ja pusvadītājs ar n–p savienojumu
savienots ar strāvas avotu, lai
avota pozitīvais pols
savienots ar n-reģionu, un
negatīvs - ar p-reģionu, tad
lauka stiprums barjeras slānī
palielinās.

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

Caurumi p-apgabalā un elektroni n-apgabalā tiks pārvietoti no n-p krustojuma, tādējādi palielinot
mazo nesēju koncentrācija
bloķēšanas slānis.
Strāva caur n-p krustojumu praktiski nav
iet.
Spriegums, kas pielikts n-p savienojumam in
šajā gadījumā to sauc par pretējo.

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

Ļoti neliels reverss
strāva ir saistīta tikai ar savu
vadītspēja
pusvadītāju materiāli,
i., klātbūtne mazā
bezmaksas
elektroni p-apgabalā un caurumi iekšā
n-reģions.

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

Ja n–p krustojums ir savienots ar
avots tā ka pozitīvs
avota pols tika savienots ar p-apgabalu, bet negatīvais ar n-apgabalu, tad intensitāte
elektriskais lauks barjeras slānī
samazināsies, padarot to vieglāku
galveno nesēju pāreja caur
kontakta slānis.

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

Caurumi no p-apgabala un elektroni no
n-reģions, virzoties viens pret otru
draugs, šķērsos n-p krustojumu, radot straumi uz priekšu
virziens.
Strāva caur n-p krustojumu šajā
gadījums palielināsies ar
palielinot avota spriegumu.

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

N–p krustojuma spēja iziet cauri
strāva gandrīz tikai vienā
virziens tiek izmantots instrumentos,
kuras sauc
pusvadītāju diodes.
Pusvadītāju diodes
izgatavots no silīcija kristāliem
vai Vācija.
To ražošanā tiek izkausēts kristāls ar noteikta veida vadītspēju
piemaisījumu, nodrošinot citu veidu
vadītspēja.

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

Tipisks volt-ampērs
silīcija diodes raksturlielums

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

Pusvadītāji ne ar
viens, bet ar diviem n–p krustojumiem
sauc par tranzistoriem.
Tranzistori ir divu veidu:
p–n–p tranzistori un n–p–n tranzistori.

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

Piemēram, germānija tranzistors
p-n-p-tips ir
neliela germānija plāksne
ar donora piemaisījumu, t.i., no
n-veida pusvadītājs.
Šajā diskā ir divi
zonas ar akceptoru piemaisījumu,
i., reģioni ar caurumu
vadītspēja.

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

N-p-n tipa tranzistorā galvenais
germānija plāksnei ir
p-tipa vadītspēja, un izveidota uz
tai ir divi apgabali – ar n-veida vadītspēju.
Tranzistora plāksni sauc par pamatni.
(B), viens no apgabaliem ar
pretējs vadīšanas veids
- savācējs (K), bet otrais -
emitētājs (E).

Elektronu caurumu pāreja. Tranzistors

1.
2.
3.
4.
elektrolīti. Uzlādes nesēji iekšā
elektrolīti.
Elektrolīze. elektrolītisks
disociācija.
Faradeja likums elektrolīzei.
Faradeja apvienotais likums priekš
elektrolīze.

Elektriskā strāva elektrolītos

Elektrolītus sauc
vadošs medijs, kurā
elektriskās strāvas plūsma
kopā ar pārsūtīšanu
vielas.
Bezmaksas maksas operatori iekšā
elektrolīti ir
pozitīvas un negatīvas
uzlādēti joni.

Elektriskā strāva elektrolītos

Galvenie pārstāvji
elektrolīti, ko plaši izmanto
tehnika, ir ūdens šķīdumi
neorganiskās skābes, sāļi un
pamatojums.
Elektriskās strāvas pāreja cauri
elektrolītu pavada atbrīvošanās
vielas uz elektrodiem.
Šī parādība ir nosaukta
elektrolīze.

Elektriskā strāva elektrolītos

Elektriskā strāva elektrolītos
attēlo abu jonu kustību
zīmes pretējos virzienos.
Pozitīvie joni virzās uz
negatīvs elektrods (katods),
negatīvie joni uz pozitīviem
elektrods (anods).
Ūdenī parādās abu zīmju joni
sāļu, skābju un sārmu šķīdumi
neitrālas daļas sadalīšanas rezultātā
molekulas.
Šo parādību sauc par elektrolītisku
disociācija.

Elektriskā strāva elektrolītos

Piemēram, vara hlorīds CuCl2
disocē ūdens šķīdumā
vara un hlorīda joni:
Pievienojot elektrodus pie
darbības avota joni
elektriskā lauka iedarbināšana
sakārtota kustība:
pozitīvie vara joni virzās uz
katodu un negatīvi lādētu
hlorīda joni - uz anodu.

Elektriskā strāva elektrolītos

Sasniedzot katodu, vara joni tiek neitralizēti
katoda elektronu pārpalikums un
kļūt par neitrāliem atomiem
nogulsnējas uz katoda.
Hlora joni, sasnieguši anodu, dod bet
viens elektrons.
Pēc tam neitrālie hlora atomi
savienojas, veidojot molekulas
hlors Cl2.
Pie anoda izdalās hlors burbuļu veidā.

Elektriskā strāva elektrolītos

Elektrolīzes likums bija eksperimentāli
gadā izveidoja angļu fiziķis M. Faradejs
1833. gads.
Faradeja likums nosaka daudzumus
primārie produkti, kas izceļas
elektrodi elektrolīzes laikā:
Vielas masa m izdalās uz
elektrods, ir tieši proporcionāls lādiņam Q,
iziet cauri elektrolītam
m = kQ = kIt.
Vērtību k sauc par elektroķīmisko
ekvivalents.

Elektriskā strāva elektrolītos

Uz elektroda izdalītās vielas masa
ir vienāds ar visu iegūto jonu masu
elektrods:
Šeit m0 un q0 ir viena jona masa un lādiņš,
ir jonu skaits, kas nonāca pie elektroda plkst
lādiņš Q iet caur elektrolītu.
Tātad elektroķīmiskais ekvivalents
k ir vienāds ar dotā jona masas attiecību m0
viela līdz tās lādiņam q0.

Elektriskā strāva elektrolītos

Tā kā jona lādiņš ir vienāds ar produktu
vielas n valence
elementārais lādiņš e (q0 = ne), tad
izteiksme elektroķīmiskajam
ekvivalentu k var uzrakstīt šādi:
F = eNA ir Faradeja konstante.
F = eNA = 96485 C / mol.

Elektriskā strāva elektrolītos

Faraday konstante skaitliski
vienāds ar nepieciešamo maksu
iziet cauri elektrolītam
izlāde uz viena elektroda
monovalentas vielas mols.
Faradeja likums elektrolīzei
iegūst šādu formu:

testa jautājumi

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Lādēšanas turētāji metālos.
Īsa informācija par klasisko teoriju
metālu vadītspēja (Drūda-Lorenca teorija).
Oma likums no klasiskās teorijas (īsi
secinājums).
Džoula-Lenca likums no klasiskās teorijas
vadītspēja (īss secinājums).
Kādas fiziskas problēmas nevar izskaidrot
klasiskā metālu vadītspējas teorija.
Īsa informācija par supravadītspēju.

testa jautājumi

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Elektroni un caurumi. Kā tie veidojas tīrā
pusvadītāji?
Vadīšanas mehānisms tīros pusvadītājos.
Donoru un akceptoru pusvadītāji.
Vadīšanas mehānisms piemaisījumu pusvadītājos.
Kā veikt elektronu un caurumu
vadītspēja pusvadītājos.
Kas ir elektronu caurumu pāreja?
Paskaidrojiet, kāpēc notiek elektronu caurumu pāreja
var iztaisnot maiņstrāvu.
Tranzistors.

testa jautājumi

Kādi lādiņu nesēji atrodas
elektrolīti?
2. Kas ir elektrolīti? Kas
elektrolītiskā disociācija?
3. Faradeja likums elektrolīzei.
4. Elektrolīzes kombinētais likums
Faradejs.

Kā minēts pēdējā nodaļā, metāli ir visizplatītākā vide, kas vada elektrisko strāvu. Un lādiņu nesēji ir brīvie elektroni. Šajā sakarā pastāv īpaša terminoloģija, saskaņā ar kuru metālu vadītspēju sauc par elektronisko vadītspēju, bet pašus metāla elektronus sauc par vadīšanas elektroniem.

Šis fakts nekādā veidā nav postulēts, bet to neatkarīgi pārbaudījuši un pierādījuši daudzi zinātnieki, izmantojot dažādas metodes. Piemēram, vācu fiziķis Karls Rikke veica eksperimentu ar 0,1 A strāvu gadu cauri trim pulētiem cilindriem: vienu alumīnija un diviem vara. Eksperimenta beigās (šajā laikā cauri ķēdei izgāja milzīgs lādiņš β) cilindru struktūrā nekādas izmaiņas nenotika, izņemot nelielu difūziju (1. att.). Un ja lādiņa nesēji būtu nevis elektroni, bet joni, tad notiktu viena cilindra vielas pārnešana uz otra vielu un, protams, tik ilga eksperimenta rezultātā arī cilindru ķīmiskā uzbūve. mainītos.

Rīsi. 1. Rikke eksperimenta shēma

Vēl viens eksperiments, lai apstiprinātu metālu elektronisko vadītspēju, bija krievu zinātnieku Mangelštama un Papaleksi 1912. gada eksperiments, ko pēc neilga laika veica arī briti Stjuarts un Tolmans. Šī eksperimenta laikā spole ar lielu pagriezienu skaitu strauji griezās un pēc tam pēkšņi bremzēja. Rezultātā ar to ķēdē noslēgts galvanometrs uzrādīja nelielas strāvas klātbūtni (2. att.).

Rīsi. 2. Mangelshtam-Papaleksi eksperimenta shēma

Fakts ir tāds, ka kopā ar nevīto spoli, protams, griežas arī elektroni metālā. Kad spole tiek palēnināta, elektroni kādu laiku turpina kustēties spoles iekšpusē pēc inerces, tādējādi radot strāvu.

Supravadītspēja

Definīcija. Supravadītspēja ir parādība, kad vadītāja pretestība kļūst tuvu nullei.

Pirms supravadītspējas parādības atklāšanas 1908. gadā holandietis Kamerlings Onness (4. att.) saņēma šķidru hēliju. Ievietojot vadītāja paraugu šķidrā hēlijā, kļuva iespējams novērot vadītāju uzvedību īpaši zemā temperatūrā (tuvu 0 ). Un 1911. gadā Onnes atklāja, ka dzīvsudrabs aptuveni 4 K temperatūrā strauji iegūst pretestību, kas vienāda ar nulli.

Rīsi. 4. Camerling Onnes ()

Pirms viņa eksperimentiem ar dzīvsudrabu tika veikti eksperimenti ar platīnu, kā rezultātā viņš atklāja, ka jo tīrāka ir viela (jo mazāk piemaisījumu tajā), jo ātrāk samazinās tās pretestība, pazeminoties temperatūrai. Dzīvsudraba šķidrā stāvokļa dēļ normālos apstākļos šo metālu bija ļoti viegli notīrīt no piemaisījumiem. Un tika noteikta šāda dzīvsudraba īpatnējās pretestības atkarība no zemām temperatūrām: lineāro samazinājumu pārtrauc lēciens uz nulli (5. att.):

Rīsi. 5.

Supravadītspējas fenomens tiek skaidrots no kvantu fizikas viedokļa.

Lai novērtētu, cik no tiem pašiem vadītspējas elektroniem ir metālā, jums jāsaprot, ka katrs metāla atoms nodrošina vismaz vienu brīvu elektronu. Vidēji vadītspējas elektronu koncentrācija ir:

Un kā brīvo elektronu uzvedības modeli var ņemt gāzes modeli. Katrs elektronu gāzes elektrons uzvedas kā viena gāzes molekula. Kad parādās ārējs elektriskais lauks, elektronu haotiskajai kustībai tiek uzlikta sakārtota kustība. Tieši šī kustība izraisa elektrisko strāvu.

Visizplatītākā strāvas ietekme ir termiskais efekts. Kā jau tika atzīmēts pēdējā nodaļā, šīs darbības mehānisms ir elektronu sadursme ar kristāla režģa mezgliem, kā rezultātā elektronu kinētiskā enerģija tiek pārvērsta vadītāja iekšējā enerģijā.

Savukārt, palielinoties iekšējai enerģijai, režģa mezgli sāk straujāk svārstīties, biežāk saduroties ar elektroniem. Tas ir, elektroni tiek palēnināti efektīvāk. Citiem vārdiem sakot, palielinoties vadītāja temperatūrai, palielinās tā elektriskā pretestība.

Vienkāršs eksperiments, kas apstiprina šo teorētisko secinājumu, var būt vadītāja sildīšana ķēdē ar ieslēgtu lampu un mērinstrumentiem (sk. 3. att.).

Rīsi. 3.

Kad vadītājs sasilst, gan lampa sāks spīdēt mazāk spilgti, gan ierīces sāks rādīt strāvas stipruma kritumu.

Pēc pretestības atkarības no temperatūras kvalitatīvas apstiprināšanas iegūta kvantitatīvā atkarība. Pēc virknes eksperimentu tika konstatēts, ka relatīvais pretestības pieaugums ir tieši proporcionāls absolūtajam temperatūras pieaugumam:

Šeit: - pretestība noteiktā temperatūrā, - pretestība temperatūrā ; - temperatūras izmaiņas attiecībā pret ; - temperatūras pretestības koeficients. Temperatūras koeficients ir tabulas vērtība, kas zināma lielākajai daļai metālu. Koeficienta izmērs:

Tā kā, mainoties temperatūrai, vadītāju lineārie izmēri nedaudz mainās, tas nozīmē, ka mainās pretestība, un saskaņā ar to pašu likumu:

Supravadītspējas pielietojumi

Supravadītspējas izmantošana ievērojami atvieglo daudzus elektriskās strāvas izmantošanas tehniskos aspektus. Pirmkārt, pretestības trūkums nozīmē, ka nav siltuma zudumu, kas parasti ir 15% no kopējās enerģijas. Kā apstiprinājumu varam minēt eksperimentu par divu gadu strāvas pāreju caur šķidrā hēlijā iegremdētu vadītāju, kas tika pārtraukts tikai hēlija trūkuma dēļ. Apkures un enerģijas zudumu neesamība uz tā ir ārkārtīgi svarīga elektromotoriem un elektroniskajiem datoriem.

Turklāt pretestības trūkuma dēļ supravadītājos plūst ārkārtīgi lielas strāvas, radot spēcīgus magnētiskos laukus, kurus var izmantot kodolsintēzes procesā.

Sadzīvisks supravadītāju izmantošanas piemērs ir pašreiz esošais dzelzceļa tīkls ar magnētisko spilvenu vilcieniem (6. att.):

Rīsi. 6. Magnētiskās levitācijas vilciens

Augstas temperatūras supravadītāji

Pēc supravadītspējas atklāšanas Onnes, mēģinot izveidot supravadošu elektromagnētu, atklāja, ka strāvas vai magnētisko lauku maiņa iznīcina supravadītspējas efektu. Tikai divdesmitā gadsimta vidū tika izveidoti supravadoši elektromagnēti.

Arī ārkārtīgi svarīgs atklājums tika veikts 1986. gadā. Ir atklāti materiāli, kuriem ir supravadītspēja temperatūrā ap . Šādas temperatūras var iegūt, izmantojot šķidro slāpekli, kas ir daudz lētāks nekā šķidrais hēlijs. Tomēr, mēģinot izveidot šādus supravadošus vadus un kabeļus, viņi saskārās ar šādu materiālu ārkārtīgi trausluma problēmu, kas velmēšanas laikā sabrūk. Šobrīd notiek darbs pie šīs problēmas risināšanas.

Nākamajā nodarbībā aplūkosim elektrisko strāvu pusvadītājos.

Bibliogrāfija

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (pamatlīmenis) - M.: Mnemozina, 2012.g.
Gendenšteins L.E., Diks Ju.I. Fizikas 10 klase. - M.: Ileksa, 2005.
Mjakiševs G.J., Sinjakovs A.Z., Slobodskovs B.A. Fizika. Elektrodinamika. - M.: 2010. gads.

Storage.mstuca.ru ().
Physics.ru ().
Elementi ().

Mājasdarbs

KAS IR ELEKTROSTRAVA METĀLOS?

Elektriskā strāva metālos - tā ir sakārtota elektronu kustība elektriskā lauka iedarbībā. Eksperimenti liecina, ka, strāvai plūstot caur metāla vadītāju, nenotiek vielas pārnešana, tāpēc metāla joni nepiedalās elektriskā lādiņa pārnesē.

METĀLU ELEKTROSTRAVES DABA

Elektriskā strāva metāla vadītājos neizraisa nekādas izmaiņas šajos vadītājos, izņemot to sildīšanu.

Vadītspējas elektronu koncentrācija metālā ir ļoti augsta: pēc lieluma tā ir vienāda ar atomu skaitu uz vienu metāla tilpuma vienību. Elektroni metālos atrodas pastāvīgā kustībā. Viņu nejaušā kustība atgādina ideālu gāzes molekulu kustību. Tas deva pamatu uzskatīt, ka elektroni metālos veido sava veida elektronu gāzi. Bet nejaušas elektronu kustības ātrums metālā ir daudz lielāks nekā molekulu ātrums gāzē.

E.RIKKE PIEREDZE

Vācu fiziķis Karls Rikke veica eksperimentu, kurā elektriskā strāva gadu šķērsoja trīs pulētas cilindrus, kas bija nospiesti viens pret otru - varu, alumīniju un atkal varu. Pēc pabeigšanas tika konstatēts, ka ir tikai nelielas savstarpējas metālu iespiešanās pēdas, kas nepārsniedz parastās atomu difūzijas rezultātus cietās vielās. Mērījumi, kas veikti ar augstu precizitātes pakāpi, parādīja, ka katra cilindra masa palika nemainīga. Tā kā vara un alumīnija atomu masas būtiski atšķiras viena no otras, tad, ja lādiņa nesēji būtu joni, cilindru masai būtu manāmi jāmainās. Tāpēc brīvie lādiņnesēji metālos nav joni. Milzīgo lādiņu, kas gāja cauri cilindriem, acīmredzot nesa daļiņas, kas ir vienādas gan varā, gan alumīnijā. Ir dabiski pieņemt, ka metālos strāvu veic brīvie elektroni.

Kārlis Viktors Eduards Rikke

PIEREDZE L.I. MANDELŠTAMA un N.D. PAPALEKSI

Krievu zinātnieki L. I. Mandelštams un N. D. Papaleksi 1913. gadā iestudēja oriģinālu eksperimentu. Spole ar vadu sāka griezties dažādos virzienos. Attiniet pulksteņrādītāja virzienā, tad pēkšņi apstājieties un - atpakaļ. Viņi sprieda apmēram šādi: ja elektroniem patiešām ir masa, tad, kad spole pēkšņi apstājas, elektroniem kādu laiku jāturpina kustēties ar inerci. Un tā arī notika. Vada galos pieslēdzām telefonu un dzirdējām skaņu, kas nozīmēja, ka pa to plūst strāva.

Mandelštams Leonīds Isaakovičs

Nikolajs Dmitrijevičs Papaleksija (1880-1947)

T. Stjuarta UN R. TOLMANA PIEREDZE

Mandelštama un Papaleksi pieredzi 1916. gadā atkārtoja amerikāņu zinātnieki Tolmans un Stjuarts.

Spole ar lielu plānas stieples apgriezienu skaitu tika iedarbināta straujā rotācijā ap savu asi. Spoles galus ar elastīgiem vadiem savienoja ar jutīgu ballistisko galvanometru. Nevītītā spole tika strauji palēnināta, ķēdē radās īslaicīga strāva lādiņnesēju inerces dēļ. Kopējais lādiņš, kas plūst caur ķēdi, tika mērīts ar galvanometra adatas novirzi.

Butlers Stjuarts Tomass

Ričards Čeiss Tolmans

KLASISKĀ ELEKTRONIKA

Pieņēmums, ka elektroni ir atbildīgi par elektrisko strāvu metālos, pastāvēja jau pirms Stjuarta un Tolmana eksperimenta. 1900. gadā vācu zinātnieks P. Drude, pamatojoties uz hipotēzi par brīvo elektronu esamību metālos, izveidoja savu elektronisko metālu vadītspējas teoriju, kas nosaukta pēc. klasiskā elektroniskā teorija . Saskaņā ar šo teoriju elektroni metālos uzvedas kā elektronu gāze, līdzīgi kā ideāla gāze. Tas aizpilda telpu starp joniem, kas veido metāla kristālisko režģi

Attēlā parādīta viena brīvā elektrona trajektorija metāla kristāla režģī

TEORIJAS GALVENIE NOTEIKUMI:

Liela skaita elektronu klātbūtne metālos veicina to labu vadītspēju.
Ārējā elektriskā lauka iedarbībā elektronu nejaušajai kustībai tiek uzlikta sakārtota kustība, t.i. rodas strāva.
Elektriskās strāvas stiprums, kas plūst caur metāla vadītāju, ir:
Tā kā dažādu vielu iekšējā struktūra ir atšķirīga, arī pretestība būs atšķirīga.
Palielinoties vielas daļiņu haotiskajai kustībai, ķermenis tiek uzkarsēts, t.i. siltuma izdalīšana. Šeit tiek ievērots Džoula-Lenca likums:

l \u003d e * n * S * Ū d

METĀLU UN SAKAUSĒJUMU SUPERVADĪTĪBA

Dažiem metāliem un sakausējumiem piemīt supravadītspēja, īpašība, ka tiem ir strikti nulles elektriskā pretestība, kad tie sasniedz temperatūru zem noteiktas vērtības (kritiskā temperatūra).

Supravadītspējas fenomenu atklāja holandiešu fiziķis H. Kamerlings - Ohness 1911. gadā dzīvsudrabā (T cr = 4,2 o K).

ELEKTRISKĀS STRAUKAS PIELIETOJUMS:

spēcīgu magnētisko lauku saņemšana
elektroenerģijas pārvade no avota līdz patērētājam
jaudīgi elektromagnēti ar supravadošu tinumu ģeneratoros, elektromotoros un akseleratoros, apkures ierīcēs

Šobrīd enerģētikā ir liela problēma, kas saistīta ar lieliem zudumiem elektrības pārvades laikā pa vadiem.

Iespējamais problēmas risinājums:

Papildus elektropārvades līniju izbūve - vadu nomaiņa ar lieliem šķērsgriezumiem - sprieguma palielināšana - fāzes sadalīšana

Klase: 11

Prezentācija nodarbībai

Atpakaļ uz priekšu

Uzmanību! Slaida priekšskatījums ir paredzēts tikai informatīviem nolūkiem, un tas var neatspoguļot visu prezentācijas apjomu. Ja jūs interesē šis darbs, lūdzu, lejupielādējiet pilno versiju.

Nodarbības mērķi:

Atklāt priekšstatu par elektriskās strāvas fizikālo raksturu metālos, elektroniskās teorijas eksperimentāls apstiprinājums;

Turpināt dabaszinātņu ideju veidošanos par pētāmo tēmu

Radīt apstākļus izziņas intereses veidošanai, studentu aktivitātei

Prasmju veidošana;

Komunikatīvas komunikācijas veidošana.

Aprīkojums: interaktīvs komplekss SMART Board Notebook, lokālais datoru tīkls, internets.

Nodarbības pasniegšanas metode: kombinēta.

Nodarbības epigrāfs:

Centieties izprast zinātni arvien dziļāk,
Ilgas pēc mūžīgā atziņas.
Tikai pirmās zināšanas tev spīdēs gaismā,
Jūs zināt: zināšanām nav robežu.

Ferdowsi
(persiešu un tadžiku dzejnieks, 940-1030)

Nodarbības plāns.

I. Organizēšanas moments

II. Grupas darbs

III. Rezultātu apspriešana, prezentācijas uzstādīšana

IV. Atspulgs

V. Mājas darbs

Nodarbību laikā

Sveiki puiši! Apsēdies. Šodien strādāsim grupās.

Uzdevumi grupām:

I. Metālu lādiņu fiziskā būtība.

II. K. Rikkes pieredze.

III. Stjuarta, Tolmaņa pieredze. Mandelštama, Papaleksi pieredze.

IV. Drude teorija.

V. Voltu ampēru raksturlielums metāliem. Oma likums.

VI. Vadītāju pretestības atkarība no temperatūras.

VII. Supravadītspēja.

1. Elektrovadītspēja ir vielu spēja vadīt elektrisko strāvu ārējā elektriskā lauka ietekmē.

Saskaņā ar lādiņu fizisko raksturu - elektriskās strāvas nesējiem, elektrovadītspēju iedala:

A) elektroniski

B) jonu

B) sajaukts.

2. Katrai vielai noteiktos apstākļos ir raksturīga noteikta strāvas stipruma atkarība no potenciālās starpības.

Saskaņā ar vielas pretestību ir ierasts to sadalīt:

A) vadītāji (lpp< 10 -2 Ом*м)

B) dielektriķi (p\u003e 10 -8 omi * m)

C) pusvadītāji (10 -2 omi * m> p> 10 -8 omi * m)

Taču šāds iedalījums ir nosacīts, jo vairāku faktoru (karsēšana, apstarošana, piemaisījumi) ietekmē mainās vielu pretestība un to voltampera raksturlielumi, un dažkārt ļoti būtiski.

3. Brīvo lādiņu nesēji metālos ir elektroni. Klasiskos eksperimentos pierādīts K. Rikke (1901) - vācu fiziķis; L.I. Mandelštams un N. D. Papaleksi (1913) - mūsu tautieši; T. Stjuarts un R. Tolmans (1916) - amerikāņu fiziķi.

K. Rikkes pieredze

Rikke salocīja trīs iepriekš nosvērtus cilindrus (divus vara un vienu alumīnija) ar pulētiem galiem tā, lai alumīnija cilindrs būtu starp vara cilindriem. Pēc tam cilindri tika savienoti ar līdzstrāvas ķēdi: gada laikā caur tiem gāja liela strāva. Šajā laikā caur elektriskajiem cilindriem izgāja elektriskais lādiņš, kas vienāds ar aptuveni 3,5 miljoniem C. Balonu sekundārā mijiedarbība, kas veikta ar līdz 0,03 mg, parādīja, ka eksperimenta rezultātā balonu masa nemainījās. Pārbaudot saskares galus mikroskopā, tika konstatēts, ka ir tikai nelielas metālu iespiešanās pēdas, kas nepārsniedz parastās atomu difūzijas rezultātus cietās vielās. Eksperimenta rezultāti liecināja, ka joni nepiedalās lādiņu pārnesē metālos.

L.I. Mandelštam

N. . Papaleksija

L. I. Mandelštama un N. D. Papaleksi pieredze

Krievu zinātnieki L. I. Mandelštams (1879-1949; radiofiziķu skolas dibinātājs) un N. D. Papaleksi (1880-1947; lielākais padomju fiziķis, akadēmiķis, Vissavienības Radiofizikas un radiotehnikas zinātniskās padomes priekšsēdētājs pie akadēmijas PSRS zinātnes) 1913. gadā sniedza sākotnējo pieredzi. Viņi paņēma stieples spoli un sāka to vērpt dažādos virzienos.

Attiniet, piemēram, pulksteņrādītāja virzienā, tad pēkšņi apstājieties un - atpakaļ.

Viņi sprieda apmēram šādi: ja elektroniem patiešām ir masa, tad, kad spole pēkšņi apstājas, elektroniem kādu laiku jāturpina kustēties ar inerci. Elektronu kustība caur vadu ir elektriskā strāva. Kā plānots, tā arī notika. Mēs savienojām telefonu ar vadu galiem un dzirdējām skaņu. Tiklīdz tālrunī ir dzirdama skaņa, caur to plūst strāva.

T. Stjuarte

T. Stjuarta un R. Tolmana pieredze

Ņemsim spoli, kas var griezties ap savu asi. Spoles gali ir savienoti ar galvanometru ar bīdāmo kontaktu palīdzību. Ja spole, kas atrodas straujā rotācijā, tiek strauji bremzēta, tad vadā esošie brīvie elektroni turpinās kustēties pēc inerces, kā rezultātā galvanometram jāreģistrē strāvas impulss.

Drude teorija

Elektronus metālā uzskata par elektronu gāzi, kurai var piemērot gāzu kinētisko teoriju. Tiek uzskatīts, ka elektroni, tāpat kā gāzes atomi kinētiskajā teorijā, ir identiskas cietas sfēras, kas kustas taisnās līnijās, līdz tās savā starpā saduras. Tiek pieņemts, ka vienas sadursmes ilgums ir niecīgs un ka starp molekulām nedarbojas nekādi citi spēki, izņemot tos, kas rodas sadursmes brīdī. Tā kā elektrons ir negatīvi lādēta daļiņa, tad, lai ievērotu elektriskās neitralitātes nosacījumu cietā vielā, ir jābūt arī cita veida daļiņām - pozitīvi lādētām. Drude ierosināja, ka kompensējošais pozitīvais lādiņš pieder daudz smagākām daļiņām (joniem), kuras viņš uzskatīja par nekustīgām. Drudes laikā nebija skaidrs, kāpēc metālā ir brīvi elektroni un pozitīvi lādēti joni, un kas tie ir. Tikai cietvielu kvantu teorija varētu sniegt atbildes uz šiem jautājumiem. Tomēr daudzām vielām var vienkārši pieņemt, ka elektronu gāze sastāv no ārējiem valences elektroniem, kas vāji saistīti ar kodolu, kas tiek "atbrīvoti" metālā un spēj brīvi pārvietoties pa metālu, savukārt atomu kodoli ar iekšējiem elektroniem. čaulas (atomu serdeņi) paliek nemainīgas.un spēlē Drude teorijas fiksēto pozitīvo jonu lomu.

Elektriskā strāva metālos

Visi metāli ir elektriskās strāvas vadītāji un sastāv no telpiska kristāla režģa, kura mezgli sakrīt ar pozitīvo jonu centriem, un brīvie elektroni nejauši pārvietojas ap joniem.

Metālu vadītspējas elektroniskās teorijas pamati.

Metālu var raksturot ar šādu modeli: jonu kristāliskais režģis ir iegremdēts ideālā elektronu gāzē, kas sastāv no brīvajiem elektroniem. Lielākajā daļā metālu katrs atoms ir jonizēts, tāpēc brīvo elektronu koncentrācija ir aptuveni vienāda ar atomu koncentrāciju 10 23 - 10 29 m -3 un gandrīz nav atkarīga no temperatūras.
Brīvie elektroni metālos atrodas nepārtrauktā haotiskā kustībā.
Elektriskā strāva metālā veidojas tikai brīvo elektronu sakārtotas kustības dēļ.
Saduroties ar joniem, kas vibrē kristāla režģa mezglos, elektroni dod tiem lieko enerģiju. Tāpēc vadītāji uzsilst, kad plūst strāva.

Elektriskā strāva metālos.

Supravadītspēja

Parādību, kurā pretestība tiek samazināta līdz nullei temperatūrā, kas nav absolūtā nulle, sauc par supravadītspēju. Materiālus, kuriem piemīt spēja noteiktās temperatūrās, kas nav absolūtā nulle, nonāk supravadītājā stāvoklī, sauc par supravadītājiem.

Strāvas pāreja supravadītājā notiek bez enerģijas zudumiem, tāpēc, kad tā ir ierosināta supravadītājā gredzenā, elektriskā strāva var pastāvēt bezgalīgi bez izmaiņām.

Supravadoši materiāli jau tiek izmantoti elektromagnētos. Notiek pētījumi, lai izveidotu supravadošās elektropārvades līnijas.

Supravadītspējas fenomena izmantošana plašā praksē var kļūt par realitāti tuvāko gadu laikā, jo 1986. gadā tika atklāta keramikas - lantāna, bārija, vara un skābekļa savienojumu - supravadītspēja. Šādas keramikas supravadītspēja tiek saglabāta līdz aptuveni 100 K temperatūrai.

Labi darīti puiši! Viņi paveica izcilu darbu. Tā izrādījās laba prezentācija. Paldies par nodarbību!

Literatūra.

Gorbušins Š.A. Atsauces piezīmes fizikas studijām vidusskolas kursam. - Iževska "Udmurtija", 1992.
Lanīna I.Ja. Skolēnu izziņas interešu veidošana fizikas stundās: Grāmata skolotājiem. – M.: Apgaismība, 1985. gads.
Fizikas stunda mūsdienu skolā. Radošie meklējumi skolotājiem: Grāmata skolotājiem / Sast. E.M. Braverman / Rediģēja V.G. Razumovskis.- M.: Apgaismība, 1993. gads
Digeļevs F.M. No fizikas vēstures un tās veidotāju dzīves: Grāmata skolēniem. - M .: Izglītība, 1986.
Kartsevs V.L. Lielisku vienādojumu piedzīvojumi - 3. izdevums - M .: Knowledge, 1986. (Brīnišķīgu ideju dzīve).