Prezentacija na temu provodnika i dielektrika. Prezentacija na temu "Provodniki u električnom polju." Postoje slobodni elektroni
Provodnici u električnom polju Slobodni naboji - nabijene čestice istog znaka, sposobne da se kreću pod utjecajem električno polje Vezani naboji su suprotni naboji koji su dio atoma (ili molekula) koji se ne mogu kretati pod utjecajem električnog polja nezavisno jedan od drugog. supstance provodnici dielektrici poluprovodnici
Bilo koji medij slabi jačinu električnog polja
Električne karakteristike medija određene su mobilnošću nabijenih čestica u njemu
Provodnik: metali, rastvori soli, kiseline, vlažan vazduh, plazma, ljudsko telo
Ovo je tijelo koje sadrži dovoljnu količinu slobodnog električnih naboja, sposoban da se kreće pod uticajem električnog polja.
Ako unesete nenabijeni provodnik u električno polje, nosioci naboja počinju da se kreću. Raspoređeni su tako da je električno polje koje stvaraju suprotno vanjskom polju, odnosno polje unutar provodnika će biti oslabljeno. Naelektrisanja će se redistribuirati sve dok se ne ispune uslovi za ravnotežu naelektrisanja na provodniku, odnosno:
neutralni provodnik uveden u električno polje prekida zatezne linije. Završavaju na negativnim induciranim nabojima i počinju na pozitivnim
Fenomen prostornog razdvajanja naelektrisanja naziva se elektrostatička indukcija. Samopolje indukovanih naelektrisanja kompenzuje spoljašnje polje unutar provodnika sa visokim stepenom tačnosti.
Ako provodnik ima unutrašnju šupljinu, tada će polje biti odsutno unutar šupljine. Ova se okolnost koristi pri organizaciji zaštite opreme od električnih polja.
Elektrifikacija vodiča u vanjskom elektrostatičkom polju razdvajanjem pozitivnih i negativnih naboja koji su već prisutni u njemu u jednakim količinama naziva se fenomen elektrostatičke indukcije, a sami preraspodijeljeni naboji nazivaju se induciranim. Ovaj fenomen se može koristiti za elektrifikaciju nenaelektrisanih vodiča.
Nenaelektrisani provodnik može se naelektrisati kontaktom sa drugim naelektrisanim vodičem.
Raspodjela naelektrisanja na površini provodnika zavisi od njihovog oblika. Maksimalna gustina naboja se opaža na tačkama, a unutar udubljenja je svedena na minimum.
Svojstvo električnih naboja da se koncentrišu u površinskom sloju provodnika našlo je primjenu za dobivanje značajnih potencijalnih razlika elektrostatičkom metodom. Na sl. prikazan je dijagram elektrostatičkog generatora koji se koristi za ubrzavanje elementarnih čestica.
Kuglasti provodnik 1 velikog prečnika nalazi se na izolacionom stubu 2. Zatvorena dielektrična traka 3 kreće se unutar stuba, pokrećući bubnjeve 4. Od visokonaponskog generatora, eklektički naboj se prenosi kroz sistem šiljastih provodnika 5 do trake, na zadnjoj strani trake nalazi se ploča za uzemljenje 6. Naelektrisanja sa trake se uklanjaju sistemom tačaka 7 i slivaju na provodnu sferu. Maksimalni naboj koji se može akumulirati na sferi je određen curenjem sa površine sfernog vodiča. U praksi, sa generatorima sličnog dizajna, sa prečnikom sfere od 10-15 m, moguće je dobiti razliku potencijala reda veličine 3-5 miliona volti. Da bi se povećao naboj sfere, cijela struktura se ponekad stavlja u kutiju napunjenu komprimiranim plinom, što smanjuje intenzitet ionizacije.
http://www.physbook.ru/images/0/02/Img_T-68-004.jpg
http://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/elmag/uchpos/text/2_2.html
http://www.ido.rudn.ru/nfpk/fizika/electro/course_files/el13.JPG
Slajd 2
Provodnici i dielektrici u električnom polju Nabijene čestice koje se mogu slobodno kretati u električnom polju nazivaju se slobodnim nabojima, a tvari koje ih sadrže nazivaju se provodnicima. Provodnici su metali, tečni rastvori i rastopljeni elektroliti. Slobodni naboji u metalu su elektroni vanjskih omotača atoma koji su izgubili kontakt s njima. Ovi elektroni, nazvani slobodni elektroni, mogu se slobodno kretati kroz metalno tijelo u bilo kojem smjeru. U elektrostatičkim uslovima, tj. kada su električna naelektrisanja stacionarna, jačina električnog polja unutar provodnika je uvek nula. Zaista, ako pretpostavimo da unutar provodnika još uvijek postoji polje, tada će na slobodne naboje koji se nalaze u njemu djelovati električne sile proporcionalne jačini polja, te će se ti naboji početi kretati, što znači da će polje prestati biti elektrostatički. Dakle, unutar provodnika nema elektrostatičkog polja.
Slajd 3
Tvari koje nemaju slobodnog naboja nazivaju se dielektrici ili izolatori. Primjeri dielektrika uključuju razne plinove, neke tekućine (voda, benzin, alkohol, itd.), kao i mnoge čvrste tvari (staklo, porculan, pleksiglas, guma, itd.). Postoje dvije vrste dielektrika - polarni i nepolarni. U polarnom dielektričnom molekulu, pozitivni naboji su locirani pretežno u jednom dijelu ("+" pol), a negativni naboji smješteni su u drugom ("-" pol). U nepolarnom dielektriku, pozitivni i negativni naboji su jednako raspoređeni po molekuli. Električni dipolni moment je vektorska fizička veličina koja karakteriše električna svojstva sistema naelektrisanih čestica (distribucija naelektrisanja) u smislu polja koje stvara i uticaja spoljašnjih polja na njega. Najjednostavniji sistem naelektrisanja koji ima određeni (nezavisan od izbora porekla) dipolni moment različit od nule je dipol (čestice u dve tačke sa suprotnim naelektrisanjem iste veličine)
Slajd 4
Apsolutna vrijednost električnog dipolnog momenta dipola jednaka je proizvodu veličine pozitivnog naboja i udaljenosti između naboja i usmjerena je od negativnog na pozitivnog naboja, ili: gdje je q veličina naboja , l je vektor s početkom u negativnom naboju i krajem u pozitivnom. Za sistem od N čestica električni dipolni moment je: Jedinice sistema za mjerenje električnog dipolnog momenta nemaju poseban naziv. U SI to je jednostavno Kl·m. Električni dipolni moment molekula se obično mjeri u debajima: 1 D = 3,33564·10−30 C m.
Slajd 5
Dielektrična polarizacija. Kada se dielektrik unese u vanjsko električno polje, u njemu dolazi do određene preraspodjele naboja koji čine atome ili molekule. Kao rezultat takve preraspodjele, na površini dielektričnog uzorka pojavljuju se višak nekompenziranih vezanih naboja. Sve nabijene čestice koje formiraju makroskopske vezane naboje su još uvijek dio svojih atoma. Vezani naboji stvaraju električno polje koje je unutar dielektrika usmjereno suprotno vektoru jakosti vanjskog polja. Ovaj proces se naziva dielektrična polarizacija. Kao rezultat, ukupno električno polje unutar dielektrika ispada manje od vanjskog polja u apsolutnoj vrijednosti. Fizička veličina jednaka omjeru modula jakosti vanjskog električnog polja u vakuumu E0 i modula ukupne jakosti polja u homogenom dielektriku E naziva se dielektrična konstanta tvari:
Slajd 6
Postoji nekoliko mehanizama za polarizaciju dielektrika. Glavne su orijentacijska i deformacijska polarizacija. Orijentacijska ili dipolna polarizacija javlja se u slučaju polarnih dielektrika koji se sastoje od molekula u kojima se centri raspodjele pozitivnih i negativnih naboja ne poklapaju. Takvi molekuli su mikroskopski električni dipoli - neutralna kombinacija dvaju naboja, jednakih po veličini i suprotnog znaka, koji se nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog. Na primjer, molekul vode, kao i molekuli niza drugih dielektrika (H2S, NO2, itd.) imaju dipolni moment. U nedostatku vanjskog električnog polja, osi molekularnih dipola su nasumično orijentirane zbog toplinskog kretanja, tako da je na površini dielektrika i u bilo kojem elementu volumena električni naboj u prosjeku nula. Kada se dielektrik unese u vanjsko polje, dolazi do djelomične orijentacije molekularnih dipola. Kao rezultat, nekompenzirani makroskopski vezani naboji se pojavljuju na površini dielektrika, stvarajući polje usmjereno prema vanjskom polju
Slajd 7
Polarizacija polarnih dielektrika jako ovisi o temperaturi, budući da toplinsko kretanje molekula igra ulogu dezorijentirajućeg faktora. Slika pokazuje da u vanjskom polju suprotno usmjerene sile djeluju na suprotne polove polarnog dielektričnog molekula, koji pokušavaju rotirati molekul duž vektora jačine polja.
Slajd 8
Mehanizam deformacije (ili elastičnosti) manifestuje se tokom polarizacije nepolarnih dielektrika, čiji molekuli nemaju dipolni moment u odsustvu spoljašnjeg polja. Prilikom elektronske polarizacije pod utjecajem električnog polja, elektroničke ljuske nepolarnih dielektrika se deformiraju - pozitivni naboji se pomiču u smjeru vektora, a negativni u suprotnom smjeru. Kao rezultat, svaki se molekul pretvara u električni dipol, čija je os usmjerena duž vanjskog polja. Nekompenzirani vezani naboji se pojavljuju na površini dielektrika, stvarajući vlastito polje usmjereno prema vanjskom polju. Tako nastaje polarizacija nepolarnog dielektrika. Primjer nepolarne molekule je molekul metana CH4. U ovoj molekuli, četverostruko jonizirani ugljikov ion C4– nalazi se u središtu pravilne piramide, na čijim vrhovima se nalaze ioni vodonika H+. Kada se primeni spoljašnje polje, ion ugljenika se pomera iz centra piramide, a molekula razvija dipolni moment proporcionalan spoljašnjem polju.
Slajd 9
U slučaju čvrstih kristalnih dielektrika uočava se vrsta deformacijske polarizacije - takozvana ionska polarizacija, u kojoj se ioni različitih predznaka koji čine kristalnu rešetku, kada se primjenjuje vanjsko polje, pomjeraju u suprotnim smjerovima, tj. zbog čega se na licu kristala pojavljuju vezani (nekompenzirani) naboji. Primjer takvog mehanizma je polarizacija kristala NaCl, u kojem ioni Na+ i Cl– formiraju dvije podrešetke ugniježđene jedna unutar druge. U odsustvu vanjskog polja, svaka jedinična ćelija NaCl kristala je električni neutralna i nema dipolni moment. U vanjskom električnom polju obje podrešetke su pomjerene u suprotnim smjerovima, odnosno kristal je polariziran.
Slajd 10
Slika pokazuje da vanjsko polje djeluje na molekulu nepolarnog dielektrika, pomičući suprotne naboje unutar njega u različitim smjerovima, zbog čega ovaj molekul postaje sličan molekuli polarnog dielektrika, orijentiran duž linija polja. Deformacija nepolarnih molekula pod utjecajem vanjskog električnog polja ne ovisi o njihovom toplinskom kretanju, stoga polarizacija nepolarnog dielektrika ne ovisi o temperaturi.
Slajd 11
Osnove pojasne teorije čvrstih tijela Teorija pojasa je jedan od glavnih odjeljaka kvantne teorije čvrstih tijela, koji opisuje kretanje elektrona u kristalima, i osnova je moderne teorije metala, poluvodiča i dielektrika. Energetski spektar elektrona u čvrstom stanju značajno se razlikuje od energetskog spektra slobodnih elektrona (koji je kontinuiran) ili spektra elektrona koji pripadaju pojedinačnim izolovanim atomima (diskretno sa određenim skupom dostupnih nivoa) - sastoji se od pojedinačnih dozvoljenih energetskih opsega odvojene zabranjenim energetskim pojasevima. Prema Bohrovim kvantnim mehaničkim postulatima, u izoliranom atomu energija elektrona može poprimiti strogo diskretne vrijednosti (elektron ima određenu energiju i nalazi se u jednoj od orbitala).
Slajd 12
U slučaju sistema od nekoliko atoma ujedinjenih hemijskom vezom, nivoi elektronske energije se dele u količini proporcionalnoj broju atoma. Mjera cijepanja određena je interakcijom elektronske školjke atomi. Daljnjim povećanjem sistema na makroskopski nivo, broj nivoa postaje veoma velik, a razlika u energijama elektrona lociranih u susednim orbitalama je shodno tome vrlo mala – nivoi energije se dele na dva gotovo kontinuirana diskretna skupa – energija zone.
Slajd 13
Najviši od dozvoljenih energetskih pojasa u poluvodičima i dielektricima, u kojima su na temperaturi od 0 K sva energetska stanja zauzeta elektronima, naziva se valentni pojas, sljedeći je pojas provodljivosti. Na osnovu principa relativnog rasporeda ovih zona, sva čvrsta tela su podeljena u tri velike grupe: provodnici - materijali u kojima se provodni i valentni pojas preklapaju (nema energetskog jaza), formirajući jednu zonu koja se naziva provodni pojas (dakle , elektron se može slobodno kretati između njih, nakon što je primio bilo koju dozvoljeno nisku energiju); dielektrici - materijali u kojima se zone ne preklapaju i udaljenost između njih je veća od 3 eV (za prijenos elektrona iz valentnog pojasa u vodljivo područje potrebna je značajna energija, tako da dielektrici praktički ne provode struju); poluprovodnici - materijali u kojima se pojasevi ne preklapaju i razmak između njih (pojasni razmak) leži u rasponu od 0,1–3 eV (da bi se elektron prenio iz valentnog pojasa u pojas vodljivosti, potrebno je manje energije nego za dielektrik, pa su čisti poluprovodnici slabo vodljivi).
Slajd 14
Pojasni razmak (energetski jaz između valentnog i vodljivog pojasa) je ključna veličina u teoriji pojasa i određuje optička i električna svojstva materijala. Prijelaz elektrona iz valentnog u pojas provodljivosti naziva se proces stvaranja nosioca naboja (negativnog - elektrona i pozitivnog - rupe), a obrnuti prijelaz se naziva procesom rekombinacije.
Slajd 15
Poluprovodnici su supstance čiji je pojas u opsegu veličine nekoliko elektron volti (eV). Na primjer, dijamant se može klasificirati kao poluvodič širokog razmaka, a indijum arsenid se može klasificirati kao poluvodič uskog razmaka. Poluprovodnici uključuju mnoge hemijski elementi(germanijum, silicijum, selen, telur, arsen i drugi), ogroman broj legura i hemijskih jedinjenja (galijum arsenid itd.). Najčešći poluprovodnik u prirodi je silicijum, koji čini skoro 30% zemljine kore. Poluvodič je materijal koji po svojoj specifičnoj vodljivosti zauzima srednju poziciju između vodiča i dielektrika i razlikuje se od provodnika po jakoj zavisnosti specifične provodljivosti o koncentraciji nečistoća, temperaturi i izloženosti različitim vrstama zračenja. Glavno svojstvo poluvodiča je povećanje električne provodljivosti s povećanjem temperature.
Slajd 16
Poluprovodnike karakterišu i svojstva provodnika i dielektrika. U poluvodičkim kristalima, elektronima je potrebno oko 1-2 10-19 J (približno 1 eV) energije da bi se oslobodili iz atoma naspram 7-10 10-19 J (približno 5 eV) za dielektrike, što karakteriše glavnu razliku između poluprovodnika i dielektrika. Ova energija se u njima pojavljuje kako temperatura raste (na primjer, na sobnoj temperaturi energetski nivo toplotnog kretanja atoma je 0,4·10−19 J), a pojedini elektroni primaju energiju da se odvoje od jezgra. Oni napuštaju svoja jezgra, formirajući slobodne elektrone i rupe. S povećanjem temperature povećava se broj slobodnih elektrona i rupa, pa se u poluvodiču koji ne sadrži nečistoće električna otpornost smanjuje. Uobičajeno, elementi sa energijom vezivanja elektrona manjom od 2-3 eV smatraju se poluvodičima. Mehanizam provodljivosti elektron-rupa manifestira se u prirodnim (to jest, bez nečistoća) poluvodičima. Zove se intrinzična električna provodljivost poluvodiča.
Slajd 17
Vjerovatnoća prijelaza elektrona iz valentnog pojasa u pojas provodljivosti je proporcionalna (-Eg/kT), gdje je Eg pojas. Pri velikoj vrijednosti Eg (2-3 eV), ova vjerovatnoća se ispostavlja vrlo malom. Dakle, podjela tvari na metale i nemetale ima sasvim određenu osnovu. Nasuprot tome, podjela nemetala na poluvodiče i dielektrike nema takvu osnovu i čisto je uslovna.
Slajd 18
Intrinzična i nečistoća provodljivost Poluprovodnici u kojima se pojavljuju slobodni elektroni i „rupe“ tokom jonizacije atoma od kojih je izgrađen ceo kristal nazivaju se poluprovodnici sa intrinzičnom provodljivošću. U poluvodičima sa intrinzičnom provodljivošću, koncentracija slobodnih elektrona jednaka je koncentraciji „rupa“. Provodljivost nečistoća Kristali sa provodljivošću nečistoća često se koriste za stvaranje poluvodičkih uređaja. Takvi kristali nastaju unošenjem nečistoća s atomima petovalentnog ili trovalentnog hemijskog elementa
Slajd 19
Elektronski poluprovodnici (n-tip) Termin "n-tip" dolazi od riječi "negativan", što se odnosi na negativni naboj većine nosilaca. Nečistoća petovalentnog poluprovodnika (na primjer, arsena) dodaje se četverovalentnom poluvodiču (na primjer, silicijum). Tokom interakcije, svaki atom nečistoće ulazi u kovalentnu vezu sa atomima silicijuma. Međutim, u zasićenim valentnim vezama nema mjesta za peti elektron atoma arsena, te se on raskida i oslobađa. U ovom slučaju prijenos naboja vrši elektron, a ne rupa, odnosno ovaj tip poluvodiča provodi električnu struju poput metala. Nečistoće koje se dodaju poluvodičima, uzrokujući da oni postanu poluvodiči n-tipa, nazivaju se donorskim nečistoćama.
Slajd 20
Poluprovodnici sa otvorom (p-tip) Termin „p-tip” potiče od reči „pozitivan”, što označava pozitivno naelektrisanje većine nosilaca. Ovaj tip poluprovodnika, pored nečistoće baze, karakteriše i priroda provodljivosti rupa. Mala količina atoma trovalentnog elementa (kao što je indij) se dodaje u tetravalentni poluvodič (kao što je silicijum). Svaki atom nečistoće uspostavlja kovalentnu vezu sa tri susjedna atoma silicija. Da bi uspostavio vezu sa četvrtim atomom silicija, atom indija nema valentni elektron, pa grabi valentni elektron iz kovalentne veze između susjednih atoma silicija i postaje negativno nabijen ion, što rezultira stvaranjem rupe. Nečistoće koje se dodaju u ovom slučaju nazivaju se akceptorske nečistoće.
Slajd 21
Slajd 22
Fizička svojstva poluprovodnici su najviše proučavani u poređenju sa metalima i dielektricima. U velikoj mjeri, to je olakšano velikim brojem efekata koji se ne mogu uočiti ni u jednoj ni u drugoj tvari, prvenstveno vezano za strukturu pojasne strukture poluvodiča i prisutnost prilično uskog pojasa. Poluprovodnička jedinjenja se dele na nekoliko tipova: jednostavni poluprovodnički materijali – sami hemijski elementi: bor B, ugljenik C, germanijum Ge, silicijum Si, selen Se, sumpor S, antimon Sb, telur Te i jod I. Germanijum, silicijum i selen. Ostali se najčešće koriste kao dodaci ili kao komponente složenih poluvodičkih materijala. Grupa složenih poluvodičkih materijala uključuje hemijska jedinjenja koja imaju poluprovodnička svojstva i uključuju dva, tri ili više hemijskih elemenata.
Naravno, glavni poticaj za proučavanje poluvodiča je proizvodnja poluvodičkih uređaja i integriranih kola.
Slajd 23
Hvala vam na pažnji!
Pogledajte sve slajdove 1. U nedostatku vanjskog polja, čestice su raspoređene unutar tvari na takav način da je električno polje koje stvaraju jednako nuli.
- 2. U prisustvu vanjskog polja dolazi do preraspodjele nabijenih čestica i nastaje vlastito električno polje tvari koje se sastoji od vanjskog E0 polja i unutrašnjeg E/ koje stvaraju nabijene čestice tvari? Koje materije se nazivaju provodnici?
- 3. Dirigenti - tvari s prisustvom slobodnih naboja koje sudjeluju u toplinskom kretanju i mogu se kretati po cijelom volumenu vodiča 4. U odsustvu spoljašnjeg polja u provodniku, „-” slobodno naelektrisanje se kompenzuje naelektrisanjem „+” jonske rešetke. U električnom polju se javlja preraspodjela
- besplatne naknade , zbog čega se na njegovoj površini pojavljuju nekompenzirani “+” i “-” naboji Ovaj proces se zove elektrostatička indukcija.
- ? Koje tvari se nazivaju dielektrici?
- koji se sastoje od molekula u kojima su centri distribucije “+” i “-” naelektrisani
- ne podudaraju.
- Nepolarni dielektrici
- podudaraju se.
- 17. Nekompenzirani vezani naboji se pojavljuju na površini dielektrika, stvarajući vlastito polje E/ usmjereno prema vanjskom polju E0
- Polarizacija nepolarnog dielektrika 18. Primjeri nepolarnih dielektrika:
- A) To su tvari u kojima se nabijene čestice ne mogu kretati pod utjecajem električnog polja.
- B) To su tvari u kojima se nabijene čestice mogu kretati pod utjecajem električnog polja.
- A) Ovo je pomicanje pozitivnih i negativnih vezanih naboja dielektrika u suprotnim smjerovima
- B) Ovo je pomicanje pozitivnih i negativnih vezanih naboja dielektrika u jednom smjeru
- B) Ovo je raspored pozitivnih i negativnih naboja dielektrika u sredini
- A) unutar provodnika
- B) Na svojoj površini
- 8. Nepolarni dielektrici su dielektrici u kojima su centri raspodjele pozitivnih i negativnih naboja...
- A) Činjenica da je električno polje unutar provodnika maksimalno.
- A) Činjenica da je električno polje unutar provodnika maksimalno.
- 10. Šta je dipol?
- A) Ovo je pozitivno nabijen sistem naelektrisanja
- B) Ovo je negativno nabijen sistem naelektrisanja
- Govorni materijal za automatizaciju glasa P u zvučnim kombinacijama -DR-, -TR- u slogovima, riječima, rečenicama i stihovima
- Sljedeće igre riječima Vježba četvrti dodatni gol
- Teorije motivacije. Motiv i motivacija. Teorije motivacije Teorije motivacije u različitim psihološkim pravcima
- Svrha Phillipsovog školskog testa anksioznosti
B) Ovo je neutralan sistem naboja
Slajd 1
Slajd 2
Slajd 3
Provodniki su tvari u kojima postoji mnogo slobodnih nabijenih čestica. Na primjer, u metalima su to elektroni vanjske ljuske, koji su vrlo slabo povezani s jezgrima atoma i stoga zapravo pripadaju metalnom vodiču u cjelini. Ovo je takozvani elektronski gas. Upravo zbog prisutnosti nabijenih čestica koje se mogu slobodno kretati po cijeloj zapremini metalnog provodnika, unutar metala nema električnog polja. Ni u drugim provodnicima nema električnog polja. Razmotrimo električno polje unutar metalnog provodnika.....
Slajd 4
Jer E0 = E1, zatim E = E0-E1= 0 Unutar provodnika nema električnog polja
Slajd 5
Kada su naelektrisanja u ravnoteži, unutar provodnika nema električnog polja, a naelektrisanja se nalaze na njegovoj površini.
Dielektrici
Slajd 6
To su tvari koje u sebi nemaju slobodne nabijene čestice. Potrebno je razlikovati polarne dielektrike kod kojih se središte pozitivnog i negativnog naboja ne poklapa. U nepolarnim dielektricima središte pozitivnog i negativnog naboja se poklapa. U električnom polju svaki dielektrik postaje polarni.
Ovo je sistem dva povezana suprotna naboja, u kojima se centar pozitivnog i negativnog naboja ne poklapa. Dipol postavljen u električno polje podliježe obrtnom momentu, zbog čega se orijentira duž polja. M=F٠L, gdje je L udaljenost između centara vezanih naboja.
Pročitajte takođe...
