ارائه با موضوع "رساناها و دی الکتریک". ارائه با موضوع "رساناها و دی الکتریک ها" یک دی الکتریک میدان الکتریکی خارجی را ضعیف می کند

• میدان الکتریکی چیست؟
• خواص اصلی میدان الکترواستاتیک را نام ببرید.
• چه چیزی میدان الکتریکی را تولید می کند؟
• شدت میدان الکتریکی چیست؟
• چه میدان الکتریکی یکنواخت نامیده می شود؟
• چگونه می توان میدان الکتریکی یکنواخت بدست آورد؟
• خطوط نیروی میدان الکتریکی یکنواخت چگونه هدایت می شوند؟
• چگونه می توان شدت میدان الکتریکی ایجاد شده توسط یک بار نقطه ای را محاسبه کرد؟

هادی ها و دی الکتریک ها در میدان الکترواستاتیک

طرح کلی سخنرانی:

• 1. هادی ها و دی الکتریک ها.
• 2. هادی ها در یک میدان الکترواستاتیک.
• 3. دی الکتریک در یک میدان الکترواستاتیک.

دو نوع دی الکتریک.

• 4.ثابت دی الکتریک.

ساختار فلزات

آخرین الکترون ضعیف به سمت هسته جذب می شود زیرا:

• دور از هسته
• 10 الکترون یازدهم را دفع می کنند

آخرین الکترون از هسته خارج می شود و آزاد می شود

مواد توسط رسانایی

هادی ها

• هادی ها

دی الکتریک ها

اینها موادی هستند که رسانای الکتریسیته نیستند

بدون هزینه رایگان

اینها موادی هستند که جریان الکتریکی را هدایت می کنند

هزینه های رایگان وجود دارد

ساختار فلزات

ساختار فلزات

E درونی؛ داخلی

E خارجی= E درونی؛ داخلی

هادی فلزی در میدان الکترواستاتیک

E خارجی= E درونی؛ داخلی

E بطور کلی =0

نتیجه:

هیچ میدان الکتریکی در داخل هادی وجود ندارد.

تمام بار استاتیکی یک هادی روی سطح آن متمرکز است.

ساختار دی الکتریک

ساختار مولکول نمک خوراکی

دوقطبی الکتریکی -

مجموعه ای از دو بار نقطه ای، از نظر قدر مساوی و در علامت مخالف.

ساختار یک دی الکتریک قطبی

دی الکتریک در میدان الکتریکی

E درونی؛ داخلی E خارجی .

E داخلی

E درونی؛ داخلی

نتیجه:

دی الکتریک میدان الکتریکی خارجی را ضعیف می کند

گلیمورزا س.ا.

ثابت دی الکتریک محیط

قدرت میدان الکتریکی در خلاء

قدرت میدان الکتریکی در دی الکتریک

ثابت دی الکتریک محیط

E O

به دایرکتوری:

• قانون کولمب:
• قدرت میدان الکتریکی ایجاد شده توسط یک بار نقطه ای:

q 1 q 2

r

2

q

r

2

مایکروویو چیست؟

اجاق های مایکروویو خانگی از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس استفاده می کنند 2450 مگاهرتز - مایکروویو.

در چنین امواج مایکروویو میدان الکتریکی 2 · 2 450 000 000 یک بار در ثانیه جهت خود را تغییر می دهد.

مایکروویو: فرکانس مایکروویو 2450 مگاهرتز

مایکروویو چگونه غذا را گرم می کند؟

گرمایش محصولات به دلیل دو مکانیسم فیزیکی رخ می دهد:

1. حرارت دادن لایه سطحی با مایکروویو

2. نفوذ حرارت بعدی به عمق محصول به دلیل هدایت حرارتی.

دستگاه

قدرت،

فرکانس،

مایکروویو

تلفن همراه

کلاس 4 GSM

تلفن همراه

ارائه اسلاید

متن اسلاید: هادی ها و دی الکتریک ها در یک میدان الکترواستاتیک Artem Mezhetsky 10 "B" اجرا شده توسط: موسسه آموزشی شهری "مدرسه متوسطه شماره 30 شهر بلوو" رئیس: پوپووا ایرینا الکساندرونا بلوو 2011

متن اسلاید: طرح: 1. هادی ها و دی الکتریک ها. 2. هادی ها در یک میدان الکترواستاتیک. 3. دی الکتریک در یک میدان الکترواستاتیک. دو نوع دی الکتریک. 4.ثابت دی الکتریک.

متن اسلاید: مواد توسط رسانای رسانایی موادی هستند که جریان الکتریکی را رسانا می‌کنند، بارهای آزاد دارند، دی‌الکتریک‌ها موادی هستند که جریان الکتریکی را رسانا نمی‌کنند.

متن اسلاید: ساختار فلزات + + + + + + + + + + - - - - - - - - - -

متن اسلاید: هادی فلزی در میدان الکترواستاتیک + + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + ایون ایون = ایون. -

متن اسلاید: هادی فلزی در میدان الکترواستاتیک E خارجی = E داخلی. Total=0 OUTPUT: هیچ میدان الکتریکی در داخل هادی وجود ندارد. تمام بار استاتیکی یک هادی روی سطح آن متمرکز است.

متن اسلاید: ساختار یک دی الکتریک، ساختار یک مولکول نمک خوراکی NaCl، دوقطبی الکتریکی - ترکیبی از دو بار نقطه ای، از نظر بزرگی مساوی و در علامت مخالف. Na Cl - - - - - - - - + - + -

متن اسلاید: انواع دی الکتریک قطبی متشکل از مولکول هایی است که در آنها مراکز توزیع بارهای مثبت و منفی با نمک خوراکی، الکل ها، آب و غیره منطبق نیستند. هزینه ها مطابقت ندارند گازهای بی اثر، O2، H2، بنزن، پلی اتیلن و غیره

متن اسلاید: ساختار یک دی الکتریک قطبی + - + - + - + - + - + -

اسلاید شماره 10

متن اسلاید: دی الکتریک در میدان الکتریکی + - + + + + + + + - E ext. E داخلی + - + - + - + - E داخلی.< Е внеш. ВЫВОД: ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

اسلاید شماره 11

متن اسلاید: ثابت دی الکتریک محیط - مشخصه خواص الکتریکی دی الکتریک E Eo - شدت میدان الکتریکی در خلاء - شدت میدان الکتریکی در دی الکتریک - ثابت دی الکتریک محیط = Eo E

اسلاید شماره 12

متن اسلاید: ثابت دی الکتریک مواد ماده ثابت دی الکتریک آب متوسط ​​81 نفت سفید 2.1 روغن 2.5 پارافین 2.1 میکا 6 لیوان 7

اسلاید شماره 13

متن اسلاید: قانون کولن: قدرت میدان الکتریکی ایجاد شده توسط بار نقطه ای: q1 q2 r 2 q r 2

اسلاید شماره 14

متن اسلاید: وظیفه

اسلاید شماره 15

متن اسلاید: حل مسئله

اسلاید شماره 16

متن اسلاید: حل مسئله

اسلاید شماره 17

متن اسلاید: حل مسئله

اسلاید شماره 18

متن اسلاید: آزمایش شماره 1: یک جسم با بار مثبت به سه صفحه تماس A، B، C آورده می شود. صفحات B، C یک رسانا و A یک دی الکتریک است. پس از بیرون کشیدن کامل صفحه B چه بارهایی روی صفحات خواهد بود؟ گزینه های پاسخ

اسلاید شماره 19

متن اسلاید: شماره 2: یک توپ فلزی شارژ شده به طور متوالی در دو مایع دی الکتریک غوطه ور می شود (1< 2). Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость потенциала поля от расстояния, отсчитываемого от центра шара?

اسلاید شماره 20

متن اسلاید: شماره 3: زمانی که فضای بین صفحات یک خازن تخت به طور کامل با دی الکتریک پر شود، قدرت میدان داخل خازن 9 برابر تغییر می کند. ظرفیت خازن چند بار تغییر کرد؟ الف) 3 برابر افزایش یافته است. ب) 3 برابر کاهش یافته است. ج) 9 برابر افزایش یافته است. د) 9 برابر کاهش یافته است. ه) تغییر نکرده است.

اسلاید شماره 21

متن اسلاید: شماره 4: یک بار مثبت در مرکز یک کره فلزی بدون بار با دیواره ضخیم قرار داده شد. کدام یک از شکل های زیر با الگوی توزیع خطوط میدان الکترواستاتیک مطابقت دارد؟

اسلاید شماره 22

متن اسلاید: شماره 5: کدام یک از شکل های زیر مربوط به توزیع خطوط میدان برای بار مثبت و صفحه فلزی زمین شده است؟

اسلاید شماره 23

متن اسلاید: مراجع Kasyanov, V.A. فیزیک، پایه دهم [متن]: کتاب درسی برای مدارس متوسطه / V.A. کاسیانوف. - LLC "Drofa"، 2004. - 116 p. Kabardin O.F.، Orlov V.A.، Evenchik E.E.، Shamash S.Ya.، Pinsky A.A.، Kabardina S.I.، Dik Yu.I.، Nikiforov G.G.، Shefer N. .AND. "فیزیک. کلاس دهم، «روشنگری»، 1386

اسلاید شماره 24

متن اسلاید: همه چیز =)

روی سطح کره، مخروط‌ها نواحی کروی کوچکی را که می‌توان آنها را صاف در نظر گرفت، جدا می‌کند. یک r1r1 r2r2 S1S1 S2S2، یا مخروط ها شبیه یکدیگر هستند، زیرا زوایای راس برابر هستند. از تشابه به دست می آید که مساحت پایه ها به ترتیب به عنوان مربع فواصل از نقطه A تا مکان ها و به ترتیب به هم مرتبط هستند. بدین ترتیب،

سطوح هم پتانسیل یک دوره تقریبی از سطوح هم پتانسیل برای لحظه معینی از تحریک قلبی در شکل نشان داده شده است. در میدان الکتریکی، سطح جسم رسانا به هر شکلی که باشد یک سطح هم پتانسیل است. خطوط نقطه چین سطوح هم پتانسیل را نشان می دهد، اعداد کنار آنها مقدار پتانسیل را بر حسب میلی ولت نشان می دهد.

ثابت دی الکتریک مواد ماده ε ε گازها و بخار آب نیتروژن هیدروژن هوا خلاء بخار آب (در t=100 ºС) هلیوم اکسیژن دی اکسید کربن مایعات نیتروژن مایع (در t= -198.4 ºС) آب بنزین هیدروژن مایع (در t= -252، 9 ºС) هلیوم مایع (در t= -269 ºC) گلیسیرین 1.0058 1.006 1.4 1.9–2.0 81 1.2 1.05 43 اکسیژن مایع (در t= -192.4 ºС) T= -192.4 ºС t= -192.4 ºС t= -192.4 ºС t= -192.4 ºС t= -192.4 ºС t= -192.4 ºС (T= -192.4 ºС) 10 درجه

ادبیات O. F. Kabardin "فیزیک. منابع مرجع". O. F. Kabardin "فیزیک. منابع مرجع". A. A. Pinsky "فیزیک. کتاب درسی برای مدارس و کلاس های پایه دهم با مطالعه عمیق فیزیک." A. A. Pinsky "فیزیک. کتاب درسی برای مدارس و کلاس های پایه دهم با مطالعه عمیق فیزیک." G. Ya. Myakishev "فیزیک. کلاس های الکترودینامیک». G. Ya. Myakishev "فیزیک. کلاس های الکترودینامیک». مجله «کوانت». مجله «کوانت».

1. در صورت عدم وجود میدان خارجی، ذرات در داخل ماده به گونه ای توزیع می شوند که میدان الکتریکی ایجاد شده برابر با صفر باشد. 2. در حضور میدان خارجی، توزیع مجدد ذرات باردار اتفاق می افتد و میدان الکتریکی خود ماده ایجاد می شود که از میدان E0 خارجی و E/ داخلی ایجاد شده توسط ذرات باردار ماده تشکیل شده است؟ به چه موادی هادی می گویند؟ 3. هادی ها -

• موادی با حضور بارهای آزاد که در حرکت حرارتی شرکت می کنند و می توانند در کل حجم هادی حرکت کنند

• 4. در صورت عدم وجود میدان خارجی در هادی، شارژ آزاد "-" با بار "+" شبکه یونی جبران می شود. در یک میدان الکتریکی، رخ می دهد توزیع مجدد هزینه های رایگان، در نتیجه بارهای جبران نشده "+" و "-" روی سطح آن ظاهر می شود
• این فرآیند نامیده می شود القای الکترواستاتیک، و بارهایی که در سطح هادی ظاهر می شوند هستند هزینه های القایی.

• 8. در دی الکتریک ها (عایق ها) بار الکتریکی رایگان وجود ندارد. آنها از اتم ها یا مولکول های خنثی تشکیل شده اند. ذرات باردار در یک اتم خنثی به یکدیگر متصل هستند و نمی توانند تحت تأثیر میدان الکتریکی در کل حجم دی الکتریک حرکت کنند.

• آب، الکل،
• اکسید نیتریک (4)

• گازهای بی اثر، اکسیژن، هیدروژن، بنزن، پلی اتیلن.

• الف) انرژی بالقوه بارها
• ب) انرژی جنبشی بارها
• ب) صفر

• الف) اینها موادی هستند که ذرات باردار نمی توانند تحت تأثیر میدان الکتریکی حرکت کنند.
• ب) اینها موادی هستند که ذرات باردار می توانند تحت تأثیر میدان الکتریکی حرکت کنند.

• الف) این جابجایی بارهای کران مثبت و منفی دی الکتریک در جهت مخالف است
• ب) این جابجایی بارهای کران مثبت و منفی دی الکتریک در یک جهت است
• ب) این ترتیب بارهای مثبت و منفی دی الکتریک در وسط است

• الف) داخل هادی
• ب) در سطح آن

• 8. دی الکتریک های غیر قطبی دی الکتریک هایی هستند که در آنها مراکز توزیع بارهای مثبت و منفی...

• الف) اینکه میدان الکتریکی داخل هادی حداکثر است.
• ب) در مورد اینکه میدان الکتریکی در داخل هادی وجود ندارد

• الف) این یک سیستم بار مثبت است
• ب) این یک سیستم بار منفی است
• ب) این یک سیستم خنثی از بارها است

اسلاید 2

رساناها و دی الکتریک ها در میدان الکتریکی به ذرات باردار که می توانند آزادانه در میدان الکتریکی حرکت کنند، بارهای آزاد و مواد حاوی آن ها هادی نامیده می شوند. هادی ها فلزات، محلول های مایع و الکترولیت های مذاب هستند. بارهای آزاد در یک فلز الکترون های لایه بیرونی اتم ها هستند که تماس با آنها را از دست داده اند. این الکترون ها که الکترون های آزاد نامیده می شوند، می توانند آزادانه در بدنه فلزی در هر جهت حرکت کنند. در شرایط الکترواستاتیک، یعنی زمانی که بارهای الکتریکی ساکن هستند، شدت میدان الکتریکی داخل هادی همیشه صفر است. در واقع، اگر فرض کنیم که هنوز میدانی در داخل هادی وجود دارد، بارهای آزاد واقع در آن توسط نیروهای الکتریکی متناسب با شدت میدان وارد می شوند و این بارها شروع به حرکت می کنند، به این معنی که میدان متوقف می شود. الکترواستاتیک باشد بنابراین، هیچ میدان الکترواستاتیکی در داخل هادی وجود ندارد.

اسلاید 3

موادی که شارژ رایگان ندارند دی الکتریک یا عایق نامیده می شوند. نمونه هایی از دی الکتریک ها عبارتند از گازهای مختلف، برخی مایعات (آب، بنزین، الکل و غیره)، و همچنین بسیاری از مواد جامد (شیشه، چینی، پلکسی، لاستیک و غیره). دو نوع دی الکتریک وجود دارد - قطبی و غیر قطبی. در یک مولکول دی الکتریک قطبی، بارهای مثبت عمدتاً در یک قسمت (قطب "+") و بارهای منفی در قسمت دیگر (قطب "-") قرار دارند. در یک دی الکتریک غیر قطبی، بارهای مثبت و منفی به طور مساوی در سراسر مولکول توزیع می شوند. گشتاور دوقطبی الکتریکی یک کمیت فیزیکی برداری است که ویژگی‌های الکتریکی یک سیستم ذرات باردار (توزیع بار) را به معنای میدانی که ایجاد می‌کند و تأثیر میدان‌های خارجی بر روی آن مشخص می‌کند. ساده ترین سیستم بارهایی که دارای گشتاور دوقطبی غیر صفر معین (مستقل از انتخاب مبدا) است، یک دوقطبی است (ذره دو نقطه ای با بارهای مخالف هم اندازه)

اسلاید 4

قدر مطلق گشتاور دوقطبی الکتریکی یک دوقطبی برابر است با حاصل ضرب قدر بار مثبت و فاصله بین بارها و از بار منفی به مثبت هدایت می شود یا: که در آن q قدر بارها است. ، l برداری است که ابتدا آن در بار منفی و انتهای آن مثبت است. برای سیستمی از ذرات N، گشتاور دوقطبی الکتریکی عبارت است از: واحدهای سیستم اندازه گیری گشتاور دوقطبی الکتریکی نام خاصی ندارند. در SI به سادگی Kl·m است. گشتاور دوقطبی الکتریکی مولکول ها معمولاً در دبای ها اندازه گیری می شود: 1 D = 3.33564·10-30 Cm.

اسلاید 5

پلاریزاسیون دی الکتریک هنگامی که یک دی الکتریک به یک میدان الکتریکی خارجی وارد می شود، توزیع مجدد خاصی از بارهای تشکیل دهنده اتم ها یا مولکول ها در آن رخ می دهد. در نتیجه چنین توزیع مجدد، بارهای محدود جبران نشده اضافی روی سطح نمونه دی الکتریک ظاهر می شود. همه ذرات باردار که بارهای محدود ماکروسکوپی را تشکیل می دهند هنوز بخشی از اتم های آنها هستند. بارهای محدود یک میدان الکتریکی ایجاد می کنند که در داخل دی الکتریک مخالف بردار شدت میدان خارجی است. این فرآیند پلاریزاسیون دی الکتریک نامیده می شود. در نتیجه، میدان الکتریکی کل در داخل دی الکتریک کمتر از میدان خارجی در مقدار مطلق است. کمیت فیزیکی برابر با نسبت مدول شدت میدان الکتریکی خارجی در خلاء E0 به مدول شدت میدان کل در یک دی الکتریک همگن E را ثابت دی الکتریک ماده می نامند:

اسلاید 6

مکانیسم های مختلفی برای پلاریزاسیون دی الکتریک ها وجود دارد. اصلی ترین آنها جهت گیری و قطبش تغییر شکل است. پلاریزاسیون جهتی یا دوقطبی در مورد دی الکتریک های قطبی متشکل از مولکول هایی که در آنها مراکز توزیع بارهای مثبت و منفی بر هم منطبق نیستند رخ می دهد. چنین مولکول هایی دوقطبی های الکتریکی میکروسکوپی هستند - ترکیبی خنثی از دو بار، از نظر قدر و علامت مخالف، که در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند. به عنوان مثال، یک مولکول آب و همچنین مولکول های تعدادی دی الکتریک دیگر (H2S، NO2 و غیره) دارای گشتاور دوقطبی هستند. در غیاب میدان الکتریکی خارجی، محورهای دوقطبی های مولکولی به دلیل حرکت حرارتی به طور تصادفی جهت دهی می شوند، به طوری که در سطح دی الکتریک و در هر عنصر حجمی، بار الکتریکی به طور متوسط ​​صفر است. هنگامی که یک دی الکتریک به یک میدان خارجی وارد می شود، جهت گیری جزئی دوقطبی های مولکولی رخ می دهد. در نتیجه، بارهای محدود ماکروسکوپی جبران نشده روی سطح دی الکتریک ظاهر می شوند و میدانی را به سمت میدان خارجی ایجاد می کنند.

اسلاید 7

قطبش دی الکتریک های قطبی به شدت به دما بستگی دارد، زیرا حرکت حرارتی مولکول ها نقش یک عامل گمراه کننده را ایفا می کند. شکل نشان می دهد که در یک میدان خارجی، نیروهای جهت مخالف بر روی قطب های مخالف یک مولکول دی الکتریک قطبی، که سعی می کنند مولکول را در امتداد بردار قدرت میدان بچرخانند، وارد می شوند.

اسلاید 8

مکانیسم تغییر شکل (یا الاستیک) در طول قطبش دی الکتریک های غیرقطبی خود را نشان می دهد، مولکول های آن در غیاب میدان خارجی دارای گشتاور دوقطبی نیستند. در حین قطبش الکترونیکی تحت تأثیر میدان الکتریکی، پوسته های الکترونیکی دی الکتریک های غیر قطبی تغییر شکل می دهند - بارهای مثبت در جهت بردار و بارهای منفی در جهت مخالف جابجا می شوند. در نتیجه هر مولکول به یک دوقطبی الکتریکی تبدیل می شود که محور آن در امتداد میدان خارجی هدایت می شود. بارهای محدود جبران نشده روی سطح دی الکتریک ظاهر می شوند و میدان خود را به سمت میدان خارجی ایجاد می کنند. به این صورت است که قطبش یک دی الکتریک غیر قطبی رخ می دهد. نمونه ای از مولکول های غیر قطبی، مولکول متان CH4 است. در این مولکول، یون کربن یونیزه چهارگانه C4– در مرکز هرم منظمی قرار دارد که در راس آن یون های هیدروژن H+ وجود دارد. هنگامی که یک میدان خارجی اعمال می شود، یون کربن از مرکز هرم جابجا می شود و مولکول یک گشتاور دوقطبی متناسب با میدان خارجی ایجاد می کند.

اسلاید 9

در مورد دی الکتریک های کریستالی جامد، نوعی قطبش تغییر شکل مشاهده می شود - به اصطلاح قطبش یونی، که در آن یون های علائم مختلف که شبکه کریستالی را تشکیل می دهند، هنگامی که یک میدان خارجی اعمال می شود، در جهات مخالف جابه جا می شوند. در نتیجه بارهای محدود (غیر جبران نشده) روی وجوه کریستالی ظاهر می شوند. نمونه ای از چنین مکانیزمی، قطبش یک کریستال NaCl است که در آن یون های Na+ و Cl– دو زیرشبکه را تشکیل می دهند که در داخل یکدیگر قرار گرفته اند. در غیاب میدان خارجی، هر سلول واحد کریستال NaCl از نظر الکتریکی خنثی است و ممان دوقطبی ندارد. در یک میدان الکتریکی خارجی، هر دو زیرشبکه در جهت مخالف جابه‌جا می‌شوند، یعنی کریستال پلاریزه می‌شود.

اسلاید 10

شکل نشان می دهد که یک میدان خارجی بر روی یک مولکول دی الکتریک غیر قطبی عمل می کند و بارهای مخالف را در داخل آن در جهات مختلف حرکت می دهد، در نتیجه این مولکول شبیه به مولکول یک دی الکتریک قطبی می شود که در امتداد خطوط میدان قرار دارد. تغییر شکل مولکول های غیر قطبی تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی به حرکت حرارتی آنها بستگی ندارد، بنابراین قطبش یک دی الکتریک غیر قطبی به دما بستگی ندارد.

اسلاید 11

مبانی نظریه نوار جامدات نظریه باند یکی از بخش های اصلی نظریه کوانتومی جامدات است که حرکت الکترون ها را در کریستال ها توصیف می کند و اساس نظریه مدرن فلزات، نیمه هادی ها و دی الکتریک ها است. طیف انرژی الکترون‌ها در یک جامد به‌طور قابل‌توجهی با طیف انرژی الکترون‌های آزاد (که پیوسته است) یا طیف الکترون‌های متعلق به اتم‌های جدا شده منفرد (گسسته با مجموعه‌ای خاص از سطوح موجود) متفاوت است - از باندهای انرژی مجاز منفرد تشکیل شده است. توسط نوارهای انرژی ممنوعه جدا شده است. طبق فرضیه های مکانیک کوانتومی بور، در یک اتم ایزوله، انرژی یک الکترون می تواند مقادیر کاملاً گسسته ای داشته باشد (الکترون دارای انرژی خاصی است و در یکی از اوربیتال ها قرار دارد).

اسلاید 12

در مورد یک سیستم متشکل از چندین اتم که توسط یک پیوند شیمیایی متحد شده اند، سطوح انرژی الکترونیکی به مقداری متناسب با تعداد اتم ها تقسیم می شوند. اندازه گیری شکاف توسط برهمکنش لایه های الکترونی اتم ها تعیین می شود. با افزایش بیشتر سیستم به سطح ماکروسکوپی، تعداد سطوح بسیار زیاد می شود و تفاوت در انرژی های الکترون های واقع در اوربیتال های همسایه به نسبت بسیار کم است - سطوح انرژی به دو مجموعه گسسته تقریباً پیوسته تقسیم می شوند - انرژی. مناطق

اسلاید 13

بالاترین باند انرژی مجاز در نیمه هادی ها و دی الکتریک ها که در دمای 0 K تمام حالت های انرژی توسط الکترون ها اشغال می شود، نوار ظرفیت نامیده می شود و نوار رسانایی بعدی است. بر اساس اصل آرایش نسبی این مناطق، تمام جامدات به سه گروه بزرگ تقسیم می شوند: رساناها - موادی که در آنها نوار رسانایی و نوار ظرفیت روی هم همپوشانی دارند (فاصله انرژی وجود ندارد) و یک منطقه به نام نوار رسانایی را تشکیل می دهند. ، الکترون می تواند آزادانه بین آنها حرکت کند، با دریافت انرژی کم مجاز). دی الکتریک - موادی که در آنها مناطق همپوشانی ندارند و فاصله بین آنها بیش از 3 ولت است (برای انتقال الکترون از باند ظرفیت به نوار رسانایی، انرژی قابل توجهی مورد نیاز است، بنابراین دی الکتریک ها عملا جریان را هدایت نمی کنند). نیمه رساناها - موادی که در آنها باندها روی هم نمی‌افتند و فاصله بین آنها (شکاف باند) در محدوده 0.1-3 eV قرار دارد (برای انتقال یک الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانایی، انرژی کمتری نسبت به یک دی الکتریک، بنابراین نیمه هادی های خالص رسانای ضعیفی هستند).

اسلاید 14

شکاف باند (شکاف انرژی بین باندهای ظرفیت و رسانایی) یک کمیت کلیدی در نظریه باند است و خواص نوری و الکتریکی یک ماده را تعیین می‌کند. انتقال یک الکترون از باند ظرفیت به نوار رسانایی را فرآیند تولید حامل‌های بار (منفی - الکترون و مثبت - حفره) و انتقال معکوس را فرآیند نوترکیبی می‌گویند.

اسلاید 15

نیمه رساناها موادی هستند که فاصله باند آنها در حد چند الکترون ولت (eV) است. به عنوان مثال، الماس را می توان به عنوان یک نیمه هادی با شکاف گسترده و آرسنید ایندیم را می توان به عنوان نیمه هادی با شکاف باریک طبقه بندی کرد. نیمه رساناها شامل بسیاری از عناصر شیمیایی (ژرمانیوم، سیلیکون، سلنیوم، تلوریم، آرسنیک و غیره)، تعداد زیادی آلیاژ و ترکیبات شیمیایی (آرسنید گالیم و غیره) هستند. رایج ترین نیمه هادی در طبیعت سیلیکون است که تقریبا 30 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد. نیمه هادی ماده ای است که از نظر رسانایی، جایگاهی میانی بین هادی ها و دی الکتریک ها اشغال می کند و از نظر وابستگی شدید رسانایی به غلظت ناخالصی ها، دما و قرار گرفتن در معرض انواع تابش ها با هادی ها متفاوت است. ویژگی اصلی یک نیمه هادی افزایش رسانایی الکتریکی با افزایش دما است.

اسلاید 16

نیمه هادی ها با هر دو ویژگی هادی و دی الکتریک مشخص می شوند. در بلورهای نیمه هادی، الکترون ها به حدود 1-2 10-19 ژول (تقریباً 1 eV) انرژی برای آزاد شدن از اتم نیاز دارند در مقابل 7-10 10-19 ژول (تقریباً 5 eV) برای دی الکتریک ها، که مشخصه تفاوت اصلی بین نیمه هادی ها است. و دی الکتریک . این انرژی با افزایش دما در آنها ظاهر می شود (به عنوان مثال، در دمای اتاق، سطح انرژی حرکت حرارتی اتم ها 0.4·10-19 J است)، و تک تک الکترون ها انرژی دریافت می کنند تا از هسته جدا شوند. آنها هسته های خود را ترک می کنند و الکترون ها و حفره های آزاد را تشکیل می دهند. با افزایش دما، تعداد الکترون‌ها و حفره‌های آزاد افزایش می‌یابد، بنابراین در نیمه‌رسانایی که ناخالصی ندارد، مقاومت الکتریکی کاهش می‌یابد. به طور معمول، عناصری با انرژی اتصال الکترون کمتر از 2-3 eV به عنوان نیمه رسانا در نظر گرفته می شوند. مکانیسم رسانایی الکترون-حفره در نیمه هادی های بومی (یعنی بدون ناخالصی) ظاهر می شود. به آن هدایت الکتریکی ذاتی نیمه هادی ها می گویند.

اسلاید 17

احتمال انتقال الکترون از باند ظرفیت به نوار رسانایی با (-Eg/kT) متناسب است، جایی که Eg شکاف نواری است. در مقدار زیادی از Eg (2-3 eV)، این احتمال بسیار کوچک است. بنابراین تقسیم مواد به فلزات و غیرفلزات مبنای بسیار مشخصی دارد. در مقابل، تقسیم نافلزات به نیمه هادی ها و دی الکتریک ها چنین مبنایی ندارد و کاملا مشروط است.

اسلاید 18

رسانایی ذاتی و ناخالصی نیمه هادی هایی که در آنها الکترون های آزاد و حفره هایی در طی یونیزاسیون اتم هایی که کل کریستال از آنها ساخته شده ظاهر می شوند، نیمه هادی هایی با رسانایی ذاتی نامیده می شوند. در نیمه هادی های با رسانایی ذاتی، غلظت الکترون های آزاد برابر با غلظت «حفره ها» است. رسانایی ناخالصی کریستال هایی با رسانایی ناخالصی اغلب برای ایجاد دستگاه های نیمه هادی استفاده می شوند. چنین کریستال هایی با وارد کردن ناخالصی با اتم های یک عنصر شیمیایی پنج ظرفیتی یا سه ظرفیتی ساخته می شوند.

اسلاید 19

نیمه هادی های الکترونیکی (نوع n) اصطلاح "نوع n" از کلمه "منفی" گرفته شده است که به بار منفی اکثر حامل ها اشاره دارد. ناخالصی از یک نیمه هادی پنج ظرفیتی (مثلاً آرسنیک) به یک نیمه هادی چهار ظرفیتی (مثلاً سیلیکون) اضافه می شود. در طول برهمکنش، هر اتم ناخالصی با اتم های سیلیکون وارد پیوند کووالانسی می شود. اما در پیوندهای ظرفیت اشباع شده جایی برای الکترون پنجم اتم آرسنیک وجود ندارد و می شکند و آزاد می شود. در این حالت، انتقال بار توسط یک الکترون انجام می شود نه یک سوراخ، یعنی این نوع نیمه هادی جریان الکتریکی را مانند فلزات هدایت می کند. ناخالصی هایی که به نیمه هادی ها اضافه می شوند و باعث تبدیل آنها به نیمه هادی های نوع n می شوند، ناخالصی های دهنده نامیده می شوند.

اسلاید 20

نیمه هادی های سوراخ (نوع p) اصطلاح "p-type" از کلمه "مثبت" گرفته شده است که نشان دهنده بار مثبت اکثر حامل ها است. این نوع نیمه هادی علاوه بر پایه ناخالصی، با ماهیت سوراخ رسانایی مشخص می شود. مقدار کمی از اتم های یک عنصر سه ظرفیتی (مانند ایندیم) به یک نیمه هادی چهار ظرفیتی (مانند سیلیکون) اضافه می شود. هر اتم ناخالصی یک پیوند کووالانسی با سه اتم سیلیکون همسایه برقرار می کند. برای برقراری پیوند با اتم چهارم سیلیکون، اتم ایندیم الکترون ظرفیتی ندارد، بنابراین یک الکترون ظرفیتی را از پیوند کووالانسی بین اتم‌های سیلیکون همسایه می‌گیرد و به یونی با بار منفی تبدیل می‌شود و در نتیجه حفره ایجاد می‌شود. به ناخالصی هایی که در این حالت اضافه می شود، ناخالصی های پذیرنده می گویند.

اسلاید 21

اسلاید 22

خواص فیزیکی نیمه هادی ها در مقایسه با فلزات و دی الکتریک ها بیشترین مطالعه را دارد. تا حد زیادی، این امر توسط تعداد زیادی از اثراتی که نمی توان در یک یا ماده دیگر مشاهده کرد، تسهیل می شود، که در درجه اول مربوط به ساختار ساختار نواری نیمه هادی ها و وجود یک شکاف باند نسبتاً باریک است. ترکیبات نیمه هادی به چند نوع تقسیم می شوند: مواد نیمه هادی ساده - خود عناصر شیمیایی: بور B، کربن C، ژرمانیوم Ge، سیلیکون Si، سلنیوم Se، گوگرد S، آنتیموان Sb، تلوریم Te و ید I. ژرمانیوم، سیلیکون و سلنیوم. بقیه اغلب به عنوان مواد ناخالص یا به عنوان اجزای مواد نیمه هادی پیچیده استفاده می شوند. گروه مواد نیمه هادی پیچیده شامل ترکیبات شیمیایی است که دارای خواص نیمه هادی بوده و شامل دو، سه یا چند عنصر شیمیایی می باشد. البته مشوق اصلی برای تحصیل در رشته های نیمه هادی، تولید دستگاه های نیمه هادی و مدارهای مجتمع است.

اسلاید 23

با تشکر از توجه شما!

مشاهده همه اسلایدها