პრეზენტაცია გამტარებისა და დიელექტრიკის თემაზე. პრეზენტაცია თემაზე "გამტარები ელექტრულ ველში". არსებობს თავისუფალი ელექტრონები
გამტარები ელექტრულ ველში თავისუფალი მუხტები - იგივე ნიშნის დამუხტული ნაწილაკები, რომლებსაც შეუძლიათ გადაადგილება გავლენის ქვეშ ელექტრული ველიშეკრული მუხტები საპირისპირო მუხტებია, რომლებიც ატომების (ან მოლეკულების) ნაწილია, რომლებიც ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად ვერ მოძრაობენ ელექტრული ველის გავლენით. ნივთიერებები გამტარები დიელექტრიკები ნახევარგამტარები
ნებისმიერი საშუალო ასუსტებს ელექტრული ველის სიძლიერეს
გარემოს ელექტრული მახასიათებლები განისაზღვრება მასში დამუხტული ნაწილაკების მობილურობით
გამტარი: ლითონები, მარილების ხსნარები, მჟავები, ტენიანი ჰაერი, პლაზმა, ადამიანის სხეული
ეს არის სხეული, რომელიც შეიცავს საკმარისი რაოდენობით თავისუფალს ელექტრო მუხტები, რომელსაც შეუძლია გადაადგილება ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ.
თუ დაუმუხტავ გამტარს ელექტრულ ველში შეჰყავთ, მუხტის მატარებლები იწყებენ მოძრაობას. ისინი ისეა განაწილებული, რომ მათ მიერ შექმნილი ელექტრული ველი გარე ველის საპირისპირო იყოს, ანუ გამტარის შიგნით არსებული ველი დასუსტდება. გადასახადები გადანაწილდება მანამ, სანამ არ დაკმაყოფილდება გამტარზე დამუხტვის წონასწორობის პირობები, ანუ:
ელექტრულ ველში შეყვანილი ნეიტრალური გამტარი არღვევს დაძაბულობის ხაზებს. ისინი მთავრდება უარყოფითი ინდუცირებული მუხტებით და იწყება დადებითით
მუხტების სივრცითი განცალკევების ფენომენს ელექტროსტატიკური ინდუქცია ეწოდება. ინდუცირებული მუხტების თვით ველი ანაზღაურებს გამტარის შიგნით გარე ველს მაღალი სიზუსტით.
თუ გამტარს აქვს შიდა ღრუ, მაშინ ველი არ იქნება ღრუს შიგნით. ეს გარემოება გამოიყენება ელექტრული ველებისგან აღჭურვილობის დაცვის ორგანიზებისას.
გამტარის ელექტრიფიკაციას გარე ელექტროსტატიკურ ველში მასში უკვე არსებული დადებითი და უარყოფითი მუხტების თანაბარი რაოდენობით განცალკევებით ეწოდება ელექტროსტატიკური ინდუქციის ფენომენი, ხოლო თავად გადანაწილებულ მუხტებს ინდუქციური ეწოდება. ეს ფენომენი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაუმუხტი გამტარების ელექტრიფიკაციისთვის.
დაუმუხტველი გამტარი შეიძლება ელექტრიფიცირდეს სხვა დამუხტულ გამტართან კონტაქტით.
გამტარების ზედაპირზე მუხტების განაწილება დამოკიდებულია მათ ფორმაზე. დატენვის მაქსიმალური სიმკვრივე შეინიშნება წერტილებში, ხოლო ჩაღრმავებების შიგნით ის მინიმუმამდე მცირდება.
ელექტრული მუხტების თვისება კონცენტრირდეს გამტარის ზედაპირულ ფენაში, იპოვა გამოყენება ელექტროსტატიკური მეთოდით მნიშვნელოვანი პოტენციური განსხვავებების მისაღებად. ნახ. ნაჩვენებია ელექტროსტატიკური გენერატორის დიაგრამა, რომელიც გამოიყენება ელემენტარული ნაწილაკების აჩქარებისთვის.
დიდი დიამეტრის სფერული გამტარი 1 განლაგებულია საიზოლაციო სვეტზე 2. დახურული დიელექტრიკული ლენტი 3 მოძრაობს სვეტის შიგნით, ამოძრავებს ბარაბნებს 4. მაღალი ძაბვის გენერატორიდან ეკლექტიკური მუხტი გადაეცემა წვეტიანი გამტარების სისტემის მეშვეობით 5. ლენტი, ლენტის უკანა მხარეს არის დამიწების ფირფიტა 6. ლენტიდან მუხტები ამოღებულია 7 წერტილების სისტემით და მიედინება გამტარ სფეროზე. მაქსიმალური მუხტი, რომელიც შეიძლება დაგროვდეს სფეროზე, განისაზღვრება სფერული გამტარის ზედაპირიდან გაჟონვით. პრაქტიკაში, მსგავსი დიზაინის გენერატორებით, სფეროს დიამეტრით 10-15 მ, შესაძლებელია მიიღოთ 3-5 მილიონი ვოლტის რიგის პოტენციური სხვაობა. სფეროს მუხტის გასაზრდელად, მთელ სტრუქტურას ზოგჯერ ათავსებენ შეკუმშული გაზით სავსე ყუთში, რაც ამცირებს იონიზაციის ინტენსივობას.
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
სლაიდი 2
გამტარები და დიელექტრიკები ელექტრულ ველში დამუხტულ ნაწილაკებს, რომლებსაც შეუძლიათ თავისუფლად გადაადგილება ელექტრულ ველში, ეწოდება თავისუფალი მუხტი, ხოლო მათ შემცველ ნივთიერებებს - გამტარები. გამტარებია ლითონები, თხევადი ხსნარები და გამდნარი ელექტროლიტები. მეტალში თავისუფალი მუხტები არის ატომების გარე გარსების ელექტრონები, რომლებმაც დაკარგეს მათთან კონტაქტი. ამ ელექტრონებს, რომლებსაც თავისუფალ ელექტრონებს უწოდებენ, შეუძლიათ თავისუფლად გადაადგილდნენ ლითონის სხეულში ნებისმიერი მიმართულებით. ელექტროსტატიკური პირობებში, ანუ, როდესაც ელექტრული მუხტი სტაციონარულია, გამტარის შიგნით ელექტრული ველის სიძლიერე ყოველთვის ნულის ტოლია. მართლაც, თუ ვივარაუდებთ, რომ გამტარის შიგნით ჯერ კიდევ არის ველი, მაშინ მასში მდებარე თავისუფალ მუხტებზე იმოქმედებს ველის სიძლიერის პროპორციული ელექტრული ძალები და ეს მუხტები დაიწყებენ მოძრაობას, რაც ნიშნავს, რომ ველი შეწყვეტს იყოს ელექტროსტატიკური. ამრიგად, დირიჟორის შიგნით არ არის ელექტროსტატიკური ველი.
სლაიდი 3
ნივთიერებებს, რომლებსაც არ აქვთ უფასო გადასახადი, ეწოდება დიელექტრიკები ან იზოლატორები. დიელექტრიკების მაგალითებია სხვადასხვა აირები, ზოგიერთი სითხე (წყალი, ბენზინი, ალკოჰოლი და ა.შ.), ისევე როგორც ბევრი მყარი (მინა, ფაიფური, პლექსიგლასი, რეზინი და ა. არსებობს დიელექტრიკის ორი ტიპი - პოლარული და არაპოლარული. პოლარულ დიელექტრიკულ მოლეკულაში დადებითი მუხტები განლაგებულია უპირატესად ერთ ნაწილში ("+" პოლუსი), ხოლო უარყოფითი მუხტები განლაგებულია მეორეში ("-" პოლუსი). არაპოლარულ დიელექტრიკულში დადებითი და უარყოფითი მუხტები თანაბრად ნაწილდება მთელ მოლეკულაში. ელექტრული დიპოლური მომენტი არის ვექტორული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს დამუხტული ნაწილაკების სისტემის ელექტრულ თვისებებს (მუხტის განაწილება) მის მიერ შექმნილი ველისა და მასზე გარე ველების მოქმედების გაგებით. მუხტების უმარტივესი სისტემა, რომელსაც აქვს გარკვეული (წარმოშობის არჩევანისგან დამოუკიდებლად) არანულოვანი დიპოლური მომენტი არის დიპოლი (ორი წერტილიანი ნაწილაკი საპირისპირო მუხტით იგივე ზომის).
სლაიდი 4
დიპოლის ელექტრული დიპოლური მომენტის აბსოლუტური მნიშვნელობა უდრის დადებითი მუხტის სიდიდისა და მუხტებს შორის მანძილის ნამრავლს და მიმართულია უარყოფითი მუხტიდან დადებითზე, ან: სადაც q არის მუხტების სიდიდე. l არის ვექტორი, რომლის დასაწყისი უარყოფითი მუხტია და დასასრული დადებითი. N ნაწილაკებისგან შემდგარი სისტემისთვის ელექტრული დიპოლური მომენტია: ელექტრული დიპოლური მომენტის გაზომვის სისტემურ ერთეულებს განსაკუთრებული სახელი არ აქვთ. SI-ში ეს არის უბრალოდ Kl·m. მოლეკულების ელექტრული დიპოლური მომენტი ჩვეულებრივ იზომება დებაში: 1 D = 3,33564·10−30 C m.
სლაიდი 5
დიელექტრიკული პოლარიზაცია. როდესაც დიელექტრიკი შედის გარე ელექტრულ ველში, მასში ხდება მუხტების გარკვეული გადანაწილება, რომლებიც ქმნიან ატომებს ან მოლეკულებს. ასეთი გადანაწილების შედეგად დიელექტრიკული ნიმუშის ზედაპირზე ჩნდება ჭარბი არაკომპენსირებული შეკრული მუხტები. ყველა დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც ქმნის მაკროსკოპულ შეკრულ მუხტს, კვლავ მათი ატომების ნაწილია. შეკრული მუხტები ქმნიან ელექტრულ ველს, რომელიც დიელექტრიკის შიგნით მიმართულია გარე ველის სიძლიერის ვექტორის საპირისპიროდ. ამ პროცესს დიელექტრიკული პოლარიზაცია ეწოდება. შედეგად, დიელექტრიკის შიგნით მთლიანი ელექტრული ველი აბსოლუტური მნიშვნელობით ნაკლებია გარე ველზე. ფიზიკურ რაოდენობას, რომელიც ტოლია ვაკუუმში E0 გარე ელექტრული ველის სიძლიერის მოდულის თანაფარდობას ერთგვაროვან დიელექტრიკულ E-ში ველის მთლიანი სიძლიერის მოდულთან, ეწოდება ნივთიერების დიელექტრიკული მუდმივი:
სლაიდი 6
დიელექტრიკის პოლარიზაციის რამდენიმე მექანიზმი არსებობს. მთავარია ორიენტაცია და დეფორმაციის პოლარიზაცია. ორიენტირებული ან დიპოლური პოლარიზაცია ხდება პოლარული დიელექტრიკის შემთხვევაში, რომელიც შედგება მოლეკულებისგან, რომლებშიც დადებითი და უარყოფითი მუხტების განაწილების ცენტრები ერთმანეთს არ ემთხვევა. ასეთი მოლეკულები არის მიკროსკოპული ელექტრული დიპოლები - ორი მუხტის ნეიტრალური კომბინაცია, სიდიდით თანაბარი და საპირისპირო ნიშნით, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან გარკვეულ მანძილზე. მაგალითად, წყლის მოლეკულას, ისევე როგორც რიგი სხვა დიელექტრიკების (H2S, NO2 და სხვ.) მოლეკულებს აქვთ დიპოლური მომენტი. გარე ელექტრული ველის არარსებობის შემთხვევაში, მოლეკულური დიპოლების ღერძი შემთხვევით არის ორიენტირებული თერმული მოძრაობის გამო, ისე, რომ დიელექტრიკის ზედაპირზე და ნებისმიერ მოცულობის ელემენტში ელექტრული მუხტი საშუალოდ ნულის ტოლია. როდესაც დიელექტრიკი შედის გარე ველში, ხდება მოლეკულური დიპოლების ნაწილობრივი ორიენტაცია. შედეგად, დიელექტრიკის ზედაპირზე ჩნდება არაკომპენსირებული მაკროსკოპული შეკრული მუხტები, რაც ქმნის ველს, რომელიც მიმართულია გარე ველისკენ.
სლაიდი 7
პოლარული დიელექტრიკის პოლარიზაცია ძლიერ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე, რადგან მოლეკულების თერმული მოძრაობა დეზორიენტირების ფაქტორის როლს ასრულებს. სურათი გვიჩვენებს, რომ გარე ველში, საპირისპირო მიმართული ძალები მოქმედებენ პოლარული დიელექტრიკული მოლეკულის საპირისპირო პოლუსებზე, რომლებიც ცდილობენ მოატრიალონ მოლეკულა ველის სიძლიერის ვექტორის გასწვრივ.
სლაიდი 8
დეფორმაციის (ან ელასტიური) მექანიზმი ვლინდება არაპოლარული დიელექტრიკების პოლარიზაციის დროს, რომელთა მოლეკულებს არ გააჩნიათ დიპოლური მომენტი გარე ველის არარსებობის შემთხვევაში. ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ ელექტრონული პოლარიზაციის დროს ხდება არაპოლარული დიელექტრიკის ელექტრონული გარსების დეფორმაცია - დადებითი მუხტები გადაადგილებულია ვექტორის მიმართულებით, ხოლო უარყოფითი მუხტები საპირისპირო მიმართულებით. შედეგად, თითოეული მოლეკულა იქცევა ელექტრულ დიპოლად, რომლის ღერძი მიმართულია გარე ველის გასწვრივ. არაკომპენსირებული შეკრული მუხტები ჩნდება დიელექტრიკის ზედაპირზე, რაც ქმნის საკუთარ ველს, რომელიც მიმართულია გარე ველისკენ. ასე ხდება არაპოლარული დიელექტრიკის პოლარიზაცია. არაპოლარული მოლეკულის მაგალითია მეთანის მოლეკულა CH4. ამ მოლეკულაში ოთხმაგი იონიზებული ნახშირბადის იონი C4– მდებარეობს რეგულარული პირამიდის ცენტრში, რომლის წვეროებზე არის წყალბადის იონები H+. როდესაც გარე ველი გამოიყენება, ნახშირბადის იონი გადაადგილდება პირამიდის ცენტრიდან და მოლეკულა ავითარებს გარე ველის პროპორციულ დიპოლურ მომენტს.
სლაიდი 9
მყარი კრისტალური დიელექტრიკის შემთხვევაში შეიმჩნევა დეფორმაციის პოლარიზაციის სახეობა - ე.წ. იონური პოლარიზაცია, რომლის დროსაც სხვადასხვა ნიშნის იონები, რომლებიც ქმნიან ბროლის გისოსს, გარე ველის გამოყენებისას, გადაადგილდებიან საპირისპირო მიმართულებით, როგორც. რის შედეგადაც შეკრული (არაკომპენსირებული) მუხტები ჩნდება ბროლის სახეებზე. ასეთი მექანიზმის მაგალითია NaCl კრისტალის პოლარიზაცია, რომელშიც Na+ და Cl– იონები ქმნიან ორ ქველატს, რომლებიც ბუდობენ ერთმანეთში. გარე ველის არარსებობის შემთხვევაში, NaCl კრისტალის თითოეული ერთეული უჯრედი ელექტრულად ნეიტრალურია და არ გააჩნია დიპოლური მომენტი. გარე ელექტრულ ველში ორივე სუბლატი გადაადგილებულია საპირისპირო მიმართულებით, ანუ კრისტალი პოლარიზებულია.
სლაიდი 10
სურათი გვიჩვენებს, რომ გარე ველი მოქმედებს არაპოლარული დიელექტრიკის მოლეკულაზე, მოძრაობს საპირისპირო მუხტები მის შიგნით სხვადასხვა მიმართულებით, რის შედეგადაც ეს მოლეკულა ხდება პოლარული დიელექტრიკის მოლეკულის მსგავსი, ორიენტირებული ველის ხაზების გასწვრივ. არაპოლარული მოლეკულების დეფორმაცია გარე ელექტრული ველის გავლენით არ არის დამოკიდებული მათ თერმულ მოძრაობაზე, ამიტომ არაპოლარული დიელექტრიკის პოლარიზაცია არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე.
სლაიდი 11
მყარი ზოლების თეორიის საფუძვლები ზოლების თეორია არის მყარი კვანტური თეორიის ერთ-ერთი მთავარი განყოფილება, რომელიც აღწერს ელექტრონების მოძრაობას კრისტალებში და წარმოადგენს ლითონების, ნახევარგამტარებისა და დიელექტრიკების თანამედროვე თეორიის საფუძველს. ელექტრონების ენერგეტიკული სპექტრი მყარ სხეულში მნიშვნელოვნად განსხვავდება თავისუფალი ელექტრონების ენერგეტიკული სპექტრისგან (რომელიც არის უწყვეტი) ან ელექტრონების სპექტრისგან, რომლებიც მიეკუთვნება ცალკეულ იზოლირებულ ატომებს (დისკრეტული ხელმისაწვდომი დონის სპეციფიკური ნაკრებით) - ის შედგება ინდივიდუალური დაშვებული ენერგიის ზოლებისგან. გამოყოფილია აკრძალული ენერგიის ზოლებით. ბორის კვანტური მექანიკური პოსტულატების მიხედვით, იზოლირებულ ატომში ელექტრონის ენერგიას შეუძლია მიიღოს მკაცრად დისკრეტული მნიშვნელობები (ელექტრონს აქვს გარკვეული ენერგია და მდებარეობს ერთ-ერთ ორბიტალში).
სლაიდი 12
ქიმიური ბმის მიერ გაერთიანებული რამდენიმე ატომისგან შემდგარი სისტემის შემთხვევაში, ელექტრონული ენერგიის დონეები იყოფა ატომების რაოდენობის პროპორციულად. გაყოფის ზომა განისაზღვრება ურთიერთქმედებით ელექტრონული გარსებიატომები. სისტემის შემდგომი მატებით მაკროსკოპულ დონეზე, დონეების რაოდენობა ხდება ძალიან დიდი, ხოლო მეზობელ ორბიტალებში მდებარე ელექტრონების ენერგიების სხვაობა, შესაბამისად, ძალიან მცირეა - ენერგიის დონეები იყოფა ორ თითქმის უწყვეტ დისკრეტულ ნაწილად - ენერგია. ზონები.
სლაიდი 13
ნახევარგამტარებსა და დიელექტრიკებში დაშვებულ ენერგეტიკულ ზოლებს შორის უმაღლესს, რომელშიც 0 K ტემპერატურაზე ყველა ენერგეტიკული მდგომარეობა დაკავებულია ელექტრონებით, ეწოდება ვალენტურობის ზოლს, შემდეგს არის გამტარობის ზოლი. ამ ზონების ფარდობითი განლაგების პრინციპიდან გამომდინარე, ყველა მყარი იყოფა სამ დიდ ჯგუფად: გამტარები - მასალები, რომლებშიც გამტარობის ზოლი და სავალენტო ზოლი გადახურულია (არ არსებობს ენერგეტიკული უფსკრული), ქმნიან ერთ ზონას, რომელსაც ეწოდება გამტარობის ზოლი. , ელექტრონს შეუძლია თავისუფლად გადაადგილდეს მათ შორის, მიღებული ნებისმიერი დასაშვებად დაბალი ენერგია); დიელექტრიკები - მასალები, რომლებშიც ზონები არ ემთხვევა და მათ შორის მანძილი 3 ევ-ზე მეტია (ვალენტური ჯგუფიდან ელექტრონის გამტარ ზოლში გადასატანად საჭიროა მნიშვნელოვანი ენერგია, ამიტომ დიელექტრიკები პრაქტიკულად არ ატარებენ დენს); ნახევარგამტარები - მასალები, რომლებშიც ზოლები ერთმანეთს არ ემთხვევა და მათ შორის მანძილი (ზოლის უფსკრული) მდგომარეობს 0,1–3 ევ დიაპაზონში (იმისთვის, რომ ელექტრონი გადავიდეს ვალენტურობის ზოლიდან გამტარ ზოლში, საჭიროა ნაკლები ენერგია, ვიდრე დიელექტრიკი, ამიტომ სუფთა ნახევარგამტარები სუსტად გამტარია).
სლაიდი 14
ზოლის უფსკრული (ენერგეტიკული უფსკრული ვალენტურობისა და გამტარობის ზოლებს შორის) არის ძირითადი სიდიდე ზოლის თეორიაში და განსაზღვრავს მასალის ოპტიკურ და ელექტრულ თვისებებს. ელექტრონის გადასვლას ვალენტურობის ზოლიდან გამტარ ზოლზე ეწოდება მუხტის მატარებლების წარმოქმნის პროცესს (უარყოფითი - ელექტრონი და დადებითი - ხვრელი), ხოლო საპირისპირო გადასვლას - რეკომბინაციის პროცესი.
სლაიდი 15
ნახევარგამტარები არის ნივთიერებები, რომელთა ზოლის უფსკრული არის რამდენიმე ელექტრონ ვოლტის (eV) რიგის მიხედვით. მაგალითად, ალმასი შეიძლება კლასიფიცირდეს როგორც ფართო უფსკრული ნახევარგამტარი, ხოლო ინდიუმის არსენიდი შეიძლება კლასიფიცირებული იყოს როგორც ვიწრო უფსკრული ნახევარგამტარი. ნახევარგამტარები მოიცავს ბევრს ქიმიური ელემენტები(გერმანიუმი, სილიციუმი, სელენი, თელურიუმი, დარიშხანი და სხვა), დიდი რაოდენობით შენადნობები და ქიმიური ნაერთები (გალიუმის არსენიდი და ა.შ.). ბუნებაში ყველაზე გავრცელებული ნახევარგამტარია სილიციუმი, რომელიც დედამიწის ქერქის თითქმის 30%-ს შეადგენს. ნახევარგამტარი არის მასალა, რომელიც, მისი გამტარობის თვალსაზრისით, იკავებს შუალედურ პოზიციას გამტარებსა და დიელექტრიკებს შორის და განსხვავდება გამტარებისგან გამტარობის ძლიერი დამოკიდებულებით მინარევების კონცენტრაციაზე, ტემპერატურაზე და სხვადასხვა სახის გამოსხივების ზემოქმედებაზე. ნახევარგამტარის მთავარი თვისებაა ელექტრული გამტარობის გაზრდა ტემპერატურის მატებასთან ერთად.
სლაიდი 16
ნახევარგამტარებს ახასიათებთ როგორც გამტარების, ისე დიელექტრიკის თვისებები. ნახევარგამტარულ კრისტალებში ელექტრონებს სჭირდებათ დაახლოებით 1-2 10−19 J (დაახლოებით 1 eV) ენერგია ატომიდან გასათავისუფლებლად, 7-10 10−19 J (დაახლოებით 5 eV) დიელექტრიკებისთვის, რაც ახასიათებს ძირითად განსხვავებას ნახევარგამტარებს შორის. და დიელექტრიკები. ეს ენერგია მათში ჩნდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად (მაგალითად, ოთახის ტემპერატურაზე, ატომების თერმული მოძრაობის ენერგეტიკული დონეა 0,4·10−19 J) და ცალკეული ელექტრონები იღებენ ენერგიას ბირთვიდან გამოსაყოფად. ისინი ტოვებენ ბირთვებს, ქმნიან თავისუფალ ელექტრონებს და ხვრელებს. ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება თავისუფალი ელექტრონებისა და ხვრელების რაოდენობა, შესაბამისად, ნახევარგამტარში, რომელიც არ შეიცავს მინარევებს, ელექტრული წინაღობა მცირდება. პირობითად, 2-3 ევ-ზე ნაკლები ელექტრონის შეკვრის ენერგიის მქონე ელემენტები განიხილება ნახევარგამტარებად. ელექტრონის ხვრელის გამტარობის მექანიზმი ვლინდება ბუნებრივ (ანუ მინარევების გარეშე) ნახევარგამტარებში. მას ეწოდება ნახევარგამტარების შინაგანი ელექტროგამტარობა.
სლაიდი 17
ელექტრონის გადასვლის ალბათობა ვალენტურობის ზოლიდან გამტარ ზოლზე პროპორციულია (-Eg/kT), სადაც Eg არის ზოლის უფსკრული. Eg-ის დიდი მნიშვნელობისას (2-3 eV), ეს ალბათობა ძალიან მცირე აღმოჩნდება. ამრიგად, ნივთიერებების ლითონებად და არალითონებად დაყოფას ძალიან განსაზღვრული საფუძველი აქვს. ამის საპირისპიროდ, არამეტალების დაყოფას ნახევარგამტარებად და დიელექტრიკებად არ გააჩნია ასეთი საფუძველი და არის წმინდა პირობითი.
სლაიდი 18
შინაგანი და მინარევების გამტარობა ნახევარგამტარებს, რომლებშიც თავისუფალი ელექტრონები და „ხვრელები“ ჩნდება ატომების იონიზაციის დროს, საიდანაც აგებულია მთელი კრისტალი, ეწოდება ნახევარგამტარები შიდა გამტარობით. შინაგანი გამტარობის მქონე ნახევარგამტარებში, თავისუფალი ელექტრონების კონცენტრაცია უდრის "ხვრელების" კონცენტრაციას. მინარევის გამტარობა მინარევების გამტარობის მქონე კრისტალები ხშირად გამოიყენება ნახევარგამტარული მოწყობილობების შესაქმნელად. ასეთი კრისტალები მზადდება ხუთვალენტიანი ან სამვალენტიანი ქიმიური ელემენტის ატომებთან მინარევების შეყვანით.
სლაიდი 19
ელექტრონული ნახევარგამტარები (n-ტიპი) ტერმინი „n-ტიპი“ მომდინარეობს სიტყვიდან „უარყოფითი“, რომელიც მიუთითებს უმრავლესობის მატარებლების უარყოფით მუხტზე. ოთხვალენტიან ნახევარგამტარს (მაგალითად, სილიციუმს) ემატება ხუთვალენტიანი ნახევარგამტარის (მაგალითად, დარიშხანის) მინარევები. ურთიერთქმედების დროს, ყოველი მინარევის ატომი შედის კოვალენტურ კავშირში სილიციუმის ატომებთან. თუმცა, დარიშხანის ატომის მეხუთე ელექტრონს ადგილი არ აქვს გაჯერებულ ვალენტურ ობლიგაციებში და ის იშლება და ხდება თავისუფალი. ამ შემთხვევაში, მუხტის გადაცემა ხორციელდება ელექტრონით და არა ხვრელით, ანუ ამ ტიპის ნახევარგამტარი ატარებს ელექტრო დენს, როგორც ლითონები. მინარევებს, რომლებიც ემატება ნახევარგამტარებს, რის გამოც ისინი n ტიპის ნახევარგამტარებად იქცევიან, დონორის მინარევებს უწოდებენ.
სლაიდი 20
ხვრელების ნახევარგამტარები (p-ტიპი) ტერმინი "p-ტიპი" მომდინარეობს სიტყვიდან "პოზიტიური", რომელიც აღნიშნავს უმრავლესობის მატარებლების დადებით მუხტს. ამ ტიპის ნახევარგამტარს, გარდა მინარევის ბაზისა, ახასიათებს გამტარობის ხვრელი ბუნება. სამვალენტიანი ელემენტის ატომების მცირე რაოდენობა (როგორიცაა ინდიუმი) ემატება ოთხვალენტიან ნახევარგამტარს (როგორიცაა სილიციუმი). ყოველი მინარევის ატომი ამყარებს კოვალენტურ კავშირს სამ მეზობელ სილიციუმის ატომთან. მეოთხე სილიციუმის ატომთან კავშირის დასამყარებლად, ინდიუმის ატომს არ აქვს ვალენტური ელექტრონი, ამიტომ იგი ართმევს ვალენტურ ელექტრონს მეზობელ სილიციუმის ატომებს შორის კოვალენტური კავშირიდან და ხდება უარყოფითად დამუხტული იონი, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ხვრელი. მინარევებს, რომლებიც ამ შემთხვევაში ემატება, აქცეპტორ მინარევებს უწოდებენ.
სლაიდი 21
სლაიდი 22
ფიზიკური თვისებებინახევარგამტარები ყველაზე შესწავლილია ლითონებთან და დიელექტრიკებთან შედარებით. დიდწილად, ამას ხელს უწყობს ეფექტების უზარმაზარი რაოდენობა, რომელიც არ შეიძლება შეინიშნოს არც ერთ ან მეორე ნივთიერებაში, პირველ რიგში დაკავშირებულია ნახევარგამტარების ზოლის სტრუქტურის სტრუქტურასთან და საკმაოდ ვიწრო ზოლის უფსკრულის არსებობასთან. ნახევარგამტარული ნაერთები იყოფა რამდენიმე ტიპად: მარტივი ნახევარგამტარული მასალები - თავად ქიმიური ელემენტები: ბორი B, ნახშირბადი C, გერმანიუმი Ge, სილიციუმი Si, სელენი Se, გოგირდი S, ანტიმონი Sb, ტელურუმი Te და იოდი I. გერმანიუმი, სილიციუმი და სელენი. დანარჩენები ყველაზე ხშირად გამოიყენება როგორც დოპანტები ან რთული ნახევარგამტარული მასალების კომპონენტები. რთული ნახევარგამტარული მასალების ჯგუფში შედის ქიმიური ნაერთები, რომლებსაც აქვთ ნახევარგამტარული თვისებები და მოიცავს ორ, სამ ან მეტ ქიმიურ ელემენტს. რა თქმა უნდა, ნახევარგამტარების შესწავლის მთავარი სტიმულია ნახევარგამტარული მოწყობილობებისა და ინტეგრირებული სქემების წარმოება.
სლაიდი 23
Გმადლობთ ყურადღებისთვის!
ყველა სლაიდის ნახვა
1. გარე ველის არარსებობის შემთხვევაში ნაწილაკები ნივთიერების შიგნით ისეა განაწილებული, რომ მათ მიერ შექმნილი ელექტრული ველი ნულის ტოლია. 2. გარე ველის არსებობისას ხდება დამუხტული ნაწილაკების გადანაწილება და წარმოიქმნება ნივთიერების საკუთარი ელექტრული ველი, რომელიც შედგება გარე E0 ველისა და ნივთიერების დამუხტული ნაწილაკების მიერ შექმნილი შიდა E/-ისგან? რა ნივთიერებებს უწოდებენ გამტარებს? 3. დირიჟორები -
- ნივთიერებები თავისუფალი მუხტების არსებობით, რომლებიც მონაწილეობენ თერმულ მოძრაობაში და შეუძლიათ გადაადგილება გამტარის მთელ მოცულობაში
- 4. გამტარში გარე ველის არარსებობის შემთხვევაში „-“ თავისუფალი მუხტი ანაზღაურდება იონური გისოსის „+“ მუხტით. ელექტრულ ველში ხდება გადანაწილება უფასო გადასახადი, რის შედეგადაც მის ზედაპირზე ჩნდება არაკომპენსირებული „+“ და „-“ მუხტები
- ამ პროცესს ე.წ ელექტროსტატიკური ინდუქცია, და მუხტები, რომლებიც ჩნდება გამტარის ზედაპირზე არის ინდუქციური გადასახადები.
- 8. დიელექტრიკებში (იზოლატორებში) არ არის უფასო ელექტრო მუხტები. ისინი შედგება ნეიტრალური ატომებისგან ან მოლეკულებისგან. ნეიტრალურ ატომში დამუხტული ნაწილაკები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული და ვერ მოძრაობენ ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ დიელექტრიკის მთელ მოცულობაში.
- წყალი, ალკოჰოლი,
- აზოტის ოქსიდი (4)
- ინერტული აირები, ჟანგბადი, წყალბადი, ბენზოლი, პოლიეთილენი.
- ა) მუხტების პოტენციური ენერგია
- ბ) მუხტების კინეტიკური ენერგია
- ბ) ნული
- ა) ეს არის ნივთიერებები, რომლებშიც დამუხტული ნაწილაკები ვერ მოძრაობენ ელექტრული ველის გავლენით.
- ბ) ეს არის ნივთიერებები, რომლებშიც დამუხტულ ნაწილაკებს შეუძლიათ გადაადგილება ელექტრული ველის გავლენით.
- ა) ეს არის დიელექტრიკის დადებითი და უარყოფითი შეკრული მუხტების გადაადგილება საპირისპირო მიმართულებით
- ბ) ეს არის დიელექტრიკის დადებითი და უარყოფითი შეკრული მუხტების გადაადგილება ერთი მიმართულებით
- ბ) ეს არის დიელექტრიკის დადებითი და უარყოფითი მუხტების განლაგება შუაში
- ა) დირიჟორის შიგნით
- ბ) მის ზედაპირზე
- 8. არაპოლარული დიელექტრიკები არის დიელექტრიკები, რომლებშიც დადებითი და უარყოფითი მუხტების განაწილების ცენტრები...
- ა) ის, რომ გამტარის შიგნით ელექტრული ველი მაქსიმალურია.
- ბ) იმის შესახებ, რომ გამტარის შიგნით არ არის ელექტრული ველი
- ა) ეს არის დადებითად დამუხტული მუხტების სისტემა
- ბ) ეს არის უარყოფითად დამუხტული მუხტების სისტემა
- ბ) ეს არის მუხტების ნეიტრალური სისტემა
სლაიდი 1
გამტარები არის ნივთიერებები, რომლებშიც ბევრი თავისუფალი დამუხტული ნაწილაკია. მაგალითად, ლითონებში ეს არის გარე გარსის ელექტრონები, რომლებიც დაკავშირებულია ატომების ბირთვებთან ძალიან სუსტად და, შესაბამისად, რეალურად ეკუთვნის ლითონის გამტარებელს მთლიანად. ეს არის ე.წ. ელექტრონული გაზი. სწორედ დამუხტული ნაწილაკების არსებობის გამო, რომლებსაც შეუძლიათ თავისუფლად გადაადგილება ლითონის გამტარის მთელ მოცულობაში, მეტალებში ელექტრული ველი არ არის. სხვა გამტარებლებშიც არ არის ელექტრული ველი. განვიხილოთ ელექტრული ველი ლითონის გამტარის შიგნით......
სლაიდი 2
სლაიდი 3
იმიტომ რომ E0 = E1, შემდეგ E = E0-E1= 0 გამტარის შიგნით არ არის ელექტრული ველი
სლაიდი 4
როდესაც მუხტები წონასწორობაშია, გამტარის შიგნით არ არის ელექტრული ველი და მუხტები განლაგებულია მის ზედაპირზე.
სლაიდი 5
დიელექტრიკები
ეს არის ნივთიერებები, რომლებსაც არ აქვთ თავისუფალი დამუხტული ნაწილაკები შიგნით. აუცილებელია განასხვავოთ პოლარული დიელექტრიკები, რომლებშიც დადებითი და უარყოფითი მუხტის ცენტრი არ ემთხვევა ერთმანეთს. არაპოლარულ დიელექტრიკებში დადებითი და უარყოფითი მუხტის ცენტრი ემთხვევა. ელექტრულ ველში ნებისმიერი დიელექტრიკი ხდება პოლარული.
სლაიდი 6
დიპოლი
ეს არის ორი დაკავშირებული საპირისპირო მუხტის სისტემა, რომელშიც დადებითი და უარყოფითი მუხტის ცენტრი არ ემთხვევა ერთმანეთს. ელექტრულ ველში მოთავსებული დიპოლი ექვემდებარება ბრუნვას, რის გამოც იგი ორიენტირებულია ველის გასწვრივ. M=F0L, სადაც L არის მანძილი შეკრული მუხტების ცენტრებს შორის.
