Presentazione sul tema "conduttori e dielettrici". Presentazione sul tema "conduttori e dielettrici" Un dielettrico indebolisce un campo elettrico esterno

• Cos'è un campo elettrico?
• Nomina le principali proprietà del campo elettrostatico.
• Cosa genera il campo elettrico?
• Come si chiama l'intensità del campo elettrico?
• Quale campo elettrico è detto uniforme?
• Come si ottiene un campo elettrico uniforme?
• Come sono dirette le linee di forza di un campo elettrico uniforme?
• Come calcolare l'intensità del campo elettrico creato da una carica puntiforme?

Conduttori e dielettrici in un campo elettrostatico

Schema della lezione:

• 1. Conduttori e dielettrici.
• 2. Conduttori in un campo elettrostatico.
• 3. Dielettrici in un campo elettrostatico.

Due tipi di dielettrici.

• 4.Costante dielettrica.

Struttura dei metalli

L’ultimo elettrone è debolmente attratto dal nucleo perché:

• lontano dal nucleo
• 10 elettroni respingono l'undicesimo

l'ultimo elettrone lascia il nucleo e diventa libero

sostanze per conduttività

conduttori

• conduttori

dielettrici

Sono sostanze che non conducono elettricità

nessun addebito gratuito

queste sono sostanze che conducono corrente elettrica

ci sono spese gratuite

Struttura dei metalli

Struttura dei metalli

E interno

E esterno= E interno

Conduttore metallico in un campo elettrostatico

E esterno= E interno

E generalmente =0

CONCLUSIONE:

Non c'è campo elettrico all'interno del conduttore.

Tutta la carica statica di un conduttore è concentrata sulla sua superficie.

Struttura dielettrica

struttura della molecola del sale

dipolo elettrico -

un insieme di due cariche puntiformi, uguali in grandezza e opposte in segno.

La struttura di un dielettrico polare

Dielettrico in un campo elettrico

E interno E esterno .

E est.

E interno

CONCLUSIONE:

IL DIELETTRICO INDEBOLE IL CAMPO ELETTRICO ESTERNO

Galimurza S.A.

Costante dielettrica del mezzo

Intensità del campo elettrico nel vuoto

Intensità del campo elettrico in un dielettrico

Costante dielettrica del mezzo

E O

Alla directory:

• Legge di Coulomb:
• Intensità del campo elettrico creato da una carica puntiforme:

Q 1 Q 2

R

2

Q

R

2

Cosa sono le microonde?

I forni a microonde domestici utilizzano onde elettromagnetiche con una frequenza di 2450 MHz - microonde.

In tali microonde il campo elettrico 2 · 2 450 000 000 cambia direzione una volta al secondo.

Microonde: frequenza delle microonde 2450 MHz

Come fanno le microonde a riscaldare il cibo?

Il riscaldamento dei prodotti avviene a causa di due meccanismi fisici:

1. riscaldare lo strato superficiale con microonde

2. successiva penetrazione del calore nella profondità del prodotto dovuta alla conduttività termica.

dispositivo

energia,

frequenza,

microonde

cellulare

GSM classe 4

cellulare

Presentazione di diapositive

Testo diapositiva: Conduttori e dielettrici in un campo elettrostatico Artem Mezhetsky 10 “B” Eseguito da: Istituto scolastico municipale “Scuola secondaria n. 30 della città di Belovo” Responsabile: Popova Irina Aleksandrovna Belovo 2011

Testo diapositiva: Piano: 1. Conduttori e dielettrici. 2. Conduttori in un campo elettrostatico. 3. Dielettrici in un campo elettrostatico. Due tipi di dielettrici. 4.Costante dielettrica.

Testo diapositiva: sostanze per conduttività conduttori sono sostanze che conducono corrente elettrica ci sono cariche libere dielettrici sono sostanze che non conducono corrente elettrica non ci sono cariche libere

Testo diapositiva: Struttura dei metalli + + + + + + + + + - - - - - - - - -

Testo diapositiva: Conduttore metallico in un campo elettrostatico + + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + Ev. Even. Even. = Even. -

Testo diapositiva: Conduttore metallico in un campo elettrostatico E esterno = E interno. Totale=0 USCITA: Non c'è campo elettrico all'interno del conduttore. Tutta la carica statica di un conduttore è concentrata sulla sua superficie.

Testo diapositiva: Struttura di un dielettrico, struttura di una molecola di sale da cucina NaCl, dipolo elettrico - una combinazione di due cariche puntiformi, uguali in grandezza e opposte in segno. NaCI - - - - - - - - + - + -

Testo diapositiva: Tipi di dielettrici Polari Sono costituiti da molecole in cui i centri di distribuzione delle cariche positive e negative non coincidono; sale da cucina, alcoli, acqua, ecc. Non polari Sono costituiti da molecole in cui i centri di distribuzione delle cariche positive e negative le tariffe non coincidono. gas inerti, O2, H2, benzene, polietilene, ecc.

Testo diapositiva: Struttura di un dielettrico polare + - + - + - + - + - + -

Diapositiva n. 10

Testo diapositiva: Dielettrico in un campo elettrico + - + + + + + + + - E est. E interno + - + - + - + - E interno.< Е внеш. ВЫВОД: ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Diapositiva n. 11

Testo diapositiva: Costante dielettrica del mezzo - caratteristica delle proprietà elettriche del dielettrico E Eo - intensità del campo elettrico nel vuoto - intensità del campo elettrico nel dielettrico - costante dielettrica del mezzo = Eo E

Diapositiva n. 12

Testo diapositiva: Costante dielettrica delle sostanze sostanza Costante dielettrica del mezzo acqua 81 cherosene 2.1 olio 2.5 paraffina 2.1 mica 6 vetro 7

Diapositiva n. 13

Testo diapositiva: Legge di Coulomb: intensità del campo elettrico creato da una carica puntiforme: q1 q2 r 2 q r 2

Diapositiva n. 14

Testo della diapositiva: Compito

Diapositiva n. 15

Testo diapositiva: Risolvere il problema

Diapositiva n. 16

Testo della diapositiva: Risoluzione dei problemi

Diapositiva n. 17

Testo della diapositiva: Risoluzione dei problemi

Diapositiva n. 18

Testo diapositiva: Test n. 1: un corpo carico positivamente viene portato su tre piastre a contatto A, B, C. Le piastre B, C sono un conduttore e A è un dielettrico. Quali cariche ci saranno sulle piastre dopo che la piastra B sarà stata completamente estratta? Opzioni di risposta

Diapositiva n. 19

Testo diapositiva: N. 2: Una sfera metallica carica viene immersa in sequenza in due liquidi dielettrici (1< 2). Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость потенциала поля от расстояния, отсчитываемого от центра шара?

Diapositiva n. 20

Testo diapositiva: N. 3: Quando lo spazio tra le armature di un condensatore piatto è completamente riempito con un dielettrico, l'intensità del campo all'interno del condensatore cambia 9 volte. Quante volte è cambiata la capacità del condensatore? A) Aumentato di 3 volte. B) Diminuito di 3 volte. C) Aumentato 9 volte. D) Diminuito di 9 volte. E) Non è cambiato.

Diapositiva n. 21

Testo diapositiva: N. 4: Una carica positiva è stata posta al centro di una sfera metallica scarica dalle pareti spesse. Quale delle seguenti figure corrisponde allo schema di distribuzione delle linee del campo elettrostatico?

Diapositiva numero 22

Testo diapositiva: N. 5: Quale delle seguenti figure corrisponde alla distribuzione delle linee di campo per una carica positiva e un piano metallico messo a terra?

Diapositiva n. 23

Testo diapositiva: Riferimenti Kasyanov, V.A. Fisica, 10a elementare [Testo]: libro di testo per le scuole secondarie / V.A. Kasjanov. – 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. "Fisica. 10° grado”, “Illuminazione”, 2007

Diapositiva n. 24

Testo della diapositiva: Tutto =)

Sulla superficie della sfera i coni ritagliano piccole aree sferiche che possono essere considerate piatte. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2, ovvero I coni sono simili tra loro, poiché gli angoli al vertice sono uguali. Dalla somiglianza segue che le aree delle basi sono correlate come i quadrati delle distanze dal punto A ai siti e, rispettivamente. Così,

Superfici equipotenziali Nella figura è mostrato un andamento approssimativo delle superfici equipotenziali per un certo momento di eccitazione cardiaca. In un campo elettrico, la superficie di un corpo conduttore di qualsiasi forma è una superficie equipotenziale. Le linee tratteggiate indicano le superfici equipotenziali, i numeri accanto indicano il valore del potenziale in millivolt.

Costante dielettrica delle sostanze Sostanza ε ε Gas e vapore acqueo Azoto Idrogeno Aria Vuoto Vapore acqueo (a t=100 ºС) Elio Ossigeno Anidride carbonica Liquidi Azoto liquido (a t= –198,4 ºС) Benzina Acqua Idrogeno liquido (a t= –252, 9 ºС) Elio liquido (a t= –269 ºC) Glicerina 1,0058 1,006 1,4 1,9–2,0 81 1,2 1,05 43 Ossigeno liquido (a t= –192,4 ºС) Olio per trasformatori Alcol Etere Solidi Diamante Carta cerata Legno secco Ghiaccio (a t= – 10 ºС) Paraffina Gomma Mica Vetro Titanio bario Porcellana Ambra 1,5 2,2 26 4,3 5,7 2,2 2,2–3,7 70 1,9–2,2 3,0–6,0 5,7–7,2 6,0–10,4–6,8 2,8

Letteratura di F. Kabardin “Fisica. Materiali di riferimento". O. F. Kabardin “Fisica. Materiali di riferimento". A. A. Pinsky “Fisica. Un libro di testo per le scuole e le classi del 10° grado con uno studio approfondito della fisica." A. A. Pinsky “Fisica. Un libro di testo per le scuole e le classi del 10° grado con uno studio approfondito della fisica." G. Ya. Myakishev “Fisica. Lezioni di elettrodinamica". G. Ya. Myakishev “Fisica. Lezioni di elettrodinamica". Rivista "Kvant". Rivista "Kvant".

1. In assenza di un campo esterno, le particelle sono distribuite all'interno della sostanza in modo tale che il campo elettrico da esse creato sia uguale a zero. 2. In presenza di un campo esterno, avviene una ridistribuzione delle particelle cariche e nasce il campo elettrico della sostanza, che consiste nel campo E0 esterno e nel campo E/ interno creato dalle particelle cariche della sostanza? Quali sostanze sono chiamate conduttori? 3. Conduttori -

• sostanze con presenza di cariche libere che partecipano al movimento termico e possono muoversi attraverso l'intero volume del conduttore

• 4. In assenza di un campo esterno nel conduttore, la carica libera “-” è compensata dalla carica “+” del reticolo ionico. In un campo elettrico, si verifica ridistribuzione spese gratuite, a seguito della quale sulla sua superficie compaiono cariche “+” e “-” non compensate
• Questo processo si chiama induzione elettrostatica e le cariche che appaiono sulla superficie del conduttore sono spese di induzione.

• 8. Non ci sono cariche elettriche libere nei dielettrici (isolanti). Sono costituiti da atomi o molecole neutre. Le particelle cariche in un atomo neutro sono legate tra loro e non possono muoversi sotto l'influenza di un campo elettrico attraverso l'intero volume del dielettrico.

• Acqua, alcool,
• ossido nitrico (4)

• gas inerti, ossigeno, idrogeno, benzene, polietilene.

• A) Energia potenziale delle cariche
• B) Energia cinetica delle cariche
• B) zero

• R) Queste sono sostanze in cui le particelle cariche non possono muoversi sotto l'influenza di un campo elettrico.
• B) Queste sono sostanze in cui le particelle cariche possono muoversi sotto l'influenza di un campo elettrico.

• A) Questo è uno spostamento delle cariche legate positive e negative del dielettrico in direzioni opposte
• B) Questo è uno spostamento delle cariche legate positive e negative del dielettrico in una direzione
• B) Questa è la disposizione delle cariche positive e negative del dielettrico al centro

• A) all'interno del conduttore
• B) Sulla sua superficie

• 8. I dielettrici non polari sono dielettrici in cui i centri di distribuzione delle cariche positive e negative...

• A) Il fatto che il campo elettrico all'interno del conduttore è massimo.
• B) dal fatto che all'interno del conduttore non esiste campo elettrico

• A) Questo è un sistema di cariche caricato positivamente
• B) Questo è un sistema di accuse caricato negativamente
• B) Si tratta di un sistema tariffario neutro

Diapositiva 2

Conduttori e dielettrici in un campo elettrico Le particelle cariche che possono muoversi liberamente in un campo elettrico sono chiamate cariche libere e le sostanze che le contengono sono chiamate conduttori. I conduttori sono metalli, soluzioni liquide ed elettroliti fusi. Le cariche libere in un metallo sono gli elettroni dei gusci esterni degli atomi che hanno perso il contatto con essi. Questi elettroni, chiamati elettroni liberi, possono muoversi liberamente attraverso il corpo metallico in qualsiasi direzione. In condizioni elettrostatiche, cioè quando le cariche elettriche sono stazionarie, l'intensità del campo elettrico all'interno del conduttore è sempre zero. Infatti, se assumiamo che all'interno del conduttore sia ancora presente un campo, allora le cariche libere in esso contenute agiranno con forze elettriche proporzionali all'intensità del campo e queste cariche inizieranno a muoversi, il che significa che il campo cesserà di funzionare. essere elettrostatico. Pertanto, non c'è campo elettrostatico all'interno del conduttore.

Diapositiva 3

Le sostanze che non hanno cariche libere sono chiamate dielettrici o isolanti. Esempi di dielettrici includono vari gas, alcuni liquidi (acqua, benzina, alcool, ecc.), nonché molti solidi (vetro, porcellana, plexiglass, gomma, ecc.). Esistono due tipi di dielettrici: polari e non polari. In una molecola dielettrica polare, le cariche positive si trovano prevalentemente in una parte (il polo “+”), e le cariche negative si trovano nell’altra (il polo “-”). In un dielettrico non polare, le cariche positive e negative sono equamente distribuite in tutta la molecola. Il momento di dipolo elettrico è una quantità fisica vettoriale che caratterizza le proprietà elettriche di un sistema di particelle cariche (distribuzione di carica) nel senso del campo che crea e dell'effetto dei campi esterni su di esso. Il sistema di cariche più semplice che ha un certo momento di dipolo diverso da zero (indipendentemente dalla scelta dell'origine) è un dipolo (particelle a due punti con cariche opposte della stessa dimensione)

Diapositiva 4

Il valore assoluto del momento dipolare elettrico di un dipolo è pari al prodotto dell'entità della carica positiva e della distanza tra le cariche ed è diretto dalla carica negativa a quella positiva, ovvero: dove q è l'entità delle cariche , l è un vettore con carica iniziale negativa e finale positiva. Per un sistema di N particelle, il momento di dipolo elettrico è: Le unità del sistema per misurare il momento di dipolo elettrico non hanno un nome speciale. Nel SI è semplicemente Kl·m. Il momento di dipolo elettrico delle molecole viene solitamente misurato in debyes: 1 D = 3,33564·10−30 C m.

Diapositiva 5

Polarizzazione dielettrica. Quando un dielettrico viene introdotto in un campo elettrico esterno, in esso avviene una certa ridistribuzione delle cariche che compongono gli atomi o le molecole. Come risultato di tale ridistribuzione, sulla superficie del campione dielettrico compaiono cariche legate in eccesso e non compensate. Tutte le particelle cariche che formano cariche legate macroscopicamente fanno ancora parte dei loro atomi. Le cariche legate creano un campo elettrico, che all'interno del dielettrico è diretto in direzione opposta al vettore dell'intensità del campo esterno. Questo processo è chiamato polarizzazione dielettrica. Di conseguenza, il campo elettrico totale all’interno del dielettrico risulta essere inferiore in valore assoluto al campo esterno. Una quantità fisica pari al rapporto tra il modulo dell'intensità del campo elettrico esterno nel vuoto E0 e il modulo dell'intensità del campo totale in un dielettrico omogeneo E è chiamata costante dielettrica della sostanza:

Diapositiva 6

Esistono diversi meccanismi per la polarizzazione dei dielettrici. I principali sono l'orientamento e la polarizzazione della deformazione. La polarizzazione orientativa o dipolare si verifica nel caso di dielettrici polari costituiti da molecole in cui i centri di distribuzione delle cariche positive e negative non coincidono. Tali molecole sono dipoli elettrici microscopici: una combinazione neutra di due cariche, uguali in grandezza e opposte in segno, situate a una certa distanza l'una dall'altra. Ad esempio, una molecola d'acqua, così come le molecole di numerosi altri dielettrici (H2S, NO2, ecc.) hanno un momento dipolare. In assenza di un campo elettrico esterno, gli assi dei dipoli molecolari sono orientati in modo casuale a causa del movimento termico, in modo che sulla superficie del dielettrico e in qualsiasi elemento di volume la carica elettrica sia mediamente nulla. Quando un dielettrico viene introdotto in un campo esterno, si verifica un orientamento parziale dei dipoli molecolari. Di conseguenza, sulla superficie del dielettrico compaiono cariche macroscopiche legate non compensate, che creano un campo diretto verso il campo esterno

Diapositiva 7

La polarizzazione dei dielettrici polari dipende fortemente dalla temperatura, poiché il movimento termico delle molecole svolge il ruolo di fattore di disorientamento. La figura mostra che in un campo esterno, sui poli opposti di una molecola dielettrica polare agiscono forze dirette in modo opposto, che cercano di ruotare la molecola lungo il vettore dell'intensità del campo.

Diapositiva 8

Il meccanismo di deformazione (o elastico) si manifesta durante la polarizzazione di dielettrici non polari, le cui molecole non possiedono momento dipolare in assenza di campo esterno. Durante la polarizzazione elettronica sotto l'influenza di un campo elettrico, i gusci elettronici dei dielettrici non polari vengono deformati: le cariche positive vengono spostate nella direzione del vettore e le cariche negative nella direzione opposta. Di conseguenza, ogni molecola si trasforma in un dipolo elettrico, il cui asse è diretto lungo il campo esterno. Sulla superficie del dielettrico compaiono cariche legate non compensate, che creano il proprio campo diretto verso il campo esterno. Ecco come avviene la polarizzazione di un dielettrico non polare. Un esempio di molecola non polare è la molecola di metano CH4. In questa molecola, lo ione carbonio ionizzato quadruplo C4– si trova al centro di una piramide regolare, ai vertici della quale si trovano gli ioni idrogeno H+. Quando viene applicato un campo esterno, lo ione carbonio viene spostato dal centro della piramide e la molecola sviluppa un momento dipolare proporzionale al campo esterno.

Diapositiva 9

Nel caso dei dielettrici cristallini solidi si osserva un tipo di polarizzazione di deformazione, la cosiddetta polarizzazione ionica, in cui gli ioni di diverso segno che compongono il reticolo cristallino, quando viene applicato un campo esterno, vengono spostati in direzioni opposte, come a causa della quale sulle facce del cristallo compaiono cariche legate (non compensate). Un esempio di tale meccanismo è la polarizzazione di un cristallo di NaCl, in cui gli ioni Na+ e Cl– formano due sottoreticoli annidati uno dentro l'altro. In assenza di un campo esterno, ciascuna cella unitaria di un cristallo di NaCl è elettricamente neutra e non ha momento dipolare. In un campo elettrico esterno, entrambi i sottoreticoli sono spostati in direzioni opposte, cioè il cristallo è polarizzato.

Diapositiva 10

La figura mostra che un campo esterno agisce su una molecola di dielettrico non polare, spostando cariche opposte al suo interno in direzioni diverse, in conseguenza della quale questa molecola diventa simile a una molecola di dielettrico polare, orientata lungo le linee di campo. La deformazione delle molecole non polari sotto l'influenza di un campo elettrico esterno non dipende dal loro movimento termico, quindi la polarizzazione di un dielettrico non polare non dipende dalla temperatura.

Diapositiva 11

Fondamenti della teoria delle bande dei solidi La teoria delle bande è una delle sezioni principali della teoria quantistica dei solidi, descrive il movimento degli elettroni nei cristalli ed è la base della moderna teoria dei metalli, dei semiconduttori e dei dielettrici. Lo spettro energetico degli elettroni in un solido differisce significativamente dallo spettro energetico degli elettroni liberi (che è continuo) o dallo spettro degli elettroni appartenenti ai singoli atomi isolati (discreto con un insieme specifico di livelli disponibili) - è costituito da bande energetiche individuali consentite separati da bande di energie proibite. Secondo i postulati della meccanica quantistica di Bohr, in un atomo isolato l'energia di un elettrone può assumere valori strettamente discreti (l'elettrone ha una certa energia e si trova in uno degli orbitali).

Diapositiva 12

Nel caso di un sistema di più atomi uniti da un legame chimico, i livelli di energia elettronica sono suddivisi in quantità proporzionale al numero di atomi. La misura della scissione è determinata dall'interazione dei gusci elettronici degli atomi. Con un ulteriore aumento del sistema al livello macroscopico, il numero di livelli diventa molto grande e la differenza nelle energie degli elettroni situati negli orbitali vicini è corrispondentemente molto piccola - i livelli energetici sono divisi in due insiemi discreti quasi continui - energia zone.

Diapositiva 13

La più alta delle bande energetiche consentite nei semiconduttori e nei dielettrici, in cui alla temperatura di 0 K tutti gli stati energetici sono occupati da elettroni, è chiamata banda di valenza, quella successiva è la banda di conduzione. In base al principio della disposizione relativa di queste zone, tutti i solidi sono divisi in tre grandi gruppi: conduttori - materiali in cui la banda di conduzione e la banda di valenza si sovrappongono (non c'è gap energetico), formando una zona chiamata banda di conduzione (quindi , l'elettrone può muoversi liberamente tra di loro, avendo ricevuto qualsiasi energia ammissibile bassa); dielettrici - materiali in cui le zone non si sovrappongono e la distanza tra loro è superiore a 3 eV (per trasferire un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione, è necessaria un'energia significativa, quindi i dielettrici praticamente non conducono corrente); semiconduttori - materiali in cui le bande non si sovrappongono e la distanza tra loro (gap di banda) è compresa tra 0,1 e 3 eV (per trasferire un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione, è necessaria meno energia che per un dielettrico, quindi i semiconduttori puri sono debolmente conduttivi).

Diapositiva 14

Il band gap (il gap energetico tra le bande di valenza e di conduzione) è una grandezza chiave nella teoria delle bande e determina le proprietà ottiche ed elettriche di un materiale. La transizione di un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione è chiamata processo di generazione di portatori di carica (elettrone negativo e lacuna positiva) e la transizione inversa è chiamata processo di ricombinazione.

Diapositiva 15

I semiconduttori sono sostanze la cui banda proibita è dell'ordine di diversi elettronvolt (eV). Ad esempio, il diamante può essere classificato come un semiconduttore ad ampio gap e l'arseniuro di indio può essere classificato come un semiconduttore a gap stretto. I semiconduttori includono molti elementi chimici (germanio, silicio, selenio, tellurio, arsenico e altri), un numero enorme di leghe e composti chimici (arseniuro di gallio, ecc.). Il semiconduttore più comune in natura è il silicio, che costituisce quasi il 30% della crosta terrestre. Un semiconduttore è un materiale che, in termini di conduttività specifica, occupa una posizione intermedia tra conduttori e dielettrici e si differenzia dai conduttori per la forte dipendenza della conduttività specifica dalla concentrazione di impurità, dalla temperatura e dall'esposizione a vari tipi di radiazioni. La proprietà principale di un semiconduttore è l'aumento della conduttività elettrica all'aumentare della temperatura.

Diapositiva 16

I semiconduttori sono caratterizzati sia dalle proprietà dei conduttori che da quelle dei dielettrici. Nei cristalli semiconduttori, gli elettroni necessitano di circa 1-2 10−19 J (circa 1 eV) di energia per essere rilasciati da un atomo contro 7-10 10−19 J (circa 5 eV) per i dielettrici, che caratterizza la principale differenza tra i semiconduttori e dielettrici. Questa energia appare in essi all'aumentare della temperatura (ad esempio, a temperatura ambiente, il livello di energia del movimento termico degli atomi è 0,4·10−19 J) e i singoli elettroni ricevono energia per essere separati dal nucleo. Lasciano i loro nuclei, formando elettroni e lacune liberi. Con l'aumentare della temperatura aumenta il numero di elettroni e lacune liberi, quindi in un semiconduttore che non contiene impurità la resistività elettrica diminuisce. Convenzionalmente, gli elementi con un'energia di legame elettronico inferiore a 2-3 eV sono considerati semiconduttori. Il meccanismo di conduttività elettrone-lacuna si manifesta nei semiconduttori nativi (cioè privi di impurità). Si chiama conduttività elettrica intrinseca dei semiconduttori.

Diapositiva 17

La probabilità di transizione elettronica dalla banda di valenza alla banda di conduzione è proporzionale a (-Eg/kT), dove Eg è la banda proibita. Ad un valore elevato di Eg (2-3 eV), questa probabilità risulta essere molto piccola. Pertanto, la divisione delle sostanze in metalli e non metalli ha una base ben definita. Al contrario, la divisione dei non metalli in semiconduttori e dielettrici non ha tale base ed è puramente condizionale.

Diapositiva 18

Conduttività intrinseca e impurità I semiconduttori in cui compaiono elettroni liberi e “buche” durante la ionizzazione degli atomi da cui è costituito l'intero cristallo sono chiamati semiconduttori con conduttività intrinseca. Nei semiconduttori con conduttività intrinseca, la concentrazione di elettroni liberi è uguale alla concentrazione di “lacune”. Conduttività delle impurità I cristalli con conduttività delle impurità vengono spesso utilizzati per creare dispositivi a semiconduttore. Tali cristalli sono realizzati introducendo impurità con atomi di un elemento chimico pentavalente o trivalente

Diapositiva 19

Semiconduttori elettronici (tipo n) Il termine "tipo n" deriva dalla parola "negativo", che si riferisce alla carica negativa dei portatori maggioritari. Un'impurità di un semiconduttore pentavalente (ad esempio arsenico) viene aggiunta a un semiconduttore tetravalente (ad esempio silicio). Durante l'interazione, ciascun atomo di impurità entra in un legame covalente con gli atomi di silicio. Tuttavia, non c'è posto per il quinto elettrone dell'atomo di arsenico nei legami di valenza saturi, e si rompe e diventa libero. In questo caso, il trasferimento di carica viene effettuato da un elettrone, non da una lacuna, ovvero questo tipo di semiconduttore conduce corrente elettrica come i metalli. Le impurità che vengono aggiunte ai semiconduttori, facendoli diventare semiconduttori di tipo n, sono chiamate impurità donatrici.

Diapositiva 20

Semiconduttori con fori (tipo p) Il termine “tipo p” deriva dalla parola “positivo”, che denota la carica positiva dei portatori maggioritari. Questo tipo di semiconduttore, oltre alla base di impurità, è caratterizzato dalla natura del buco della conduttività. Una piccola quantità di atomi di un elemento trivalente (come l'indio) viene aggiunta a un semiconduttore tetravalente (come il silicio). Ciascun atomo di impurità stabilisce un legame covalente con tre atomi di silicio vicini. Per stabilire un legame con il quarto atomo di silicio, l'atomo di indio non ha un elettrone di valenza, quindi afferra un elettrone di valenza dal legame covalente tra atomi di silicio vicini e diventa uno ione carico negativamente, provocando la formazione di un buco. Le impurità aggiunte in questo caso sono chiamate impurità accettrici.

Diapositiva 21

Diapositiva 22

Le proprietà fisiche dei semiconduttori sono le più studiate rispetto a metalli e dielettrici. In larga misura, ciò è facilitato da un numero enorme di effetti che non possono essere osservati né nell'una né nell'altra sostanza, principalmente legati alla struttura della struttura a bande dei semiconduttori e alla presenza di un gap di banda piuttosto stretto. I composti semiconduttori sono suddivisi in diversi tipi: materiali semiconduttori semplici - gli stessi elementi chimici: boro B, carbonio C, germanio Ge, silicio Si, selenio Se, zolfo S, antimonio Sb, tellurio Te e iodio I. Germanio, silicio e selenio. Il resto viene spesso utilizzato come drogante o come componente di materiali semiconduttori complessi. Il gruppo di materiali semiconduttori complessi comprende composti chimici che hanno proprietà semiconduttrici e comprendono due, tre o più elementi chimici. Naturalmente, l'incentivo principale per lo studio dei semiconduttori è la produzione di dispositivi a semiconduttore e circuiti integrati.

Diapositiva 23

Grazie per l'attenzione!

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