「導体と誘電体」というテーマのプレゼンテーション。 「導体と誘電体」というテーマのプレゼンテーション 誘電体は外部電場を弱めます
- 電場とは何ですか?
- 静電場の主な特性に名前を付けてください。
- 何が電場を発生させるのでしょうか？
- 電界強度を何といいますか?
- どのような電場を一様といいますか?
- どうすれば均一な電場が得られるのでしょうか？
- 一様な電場の力線はどのように向いているのでしょうか?
- 点電荷によって生成される電界強度を計算するにはどうすればよいですか?
静電界における導体と誘電体
講義概要：
- 1. 導体と誘電体。
- 2. 静電界内の導体。
- 3. 静電界内の誘電体。
2種類の誘電体。
- 4.誘電率。
金属の構造
最後の電子は、次の理由により原子核に弱く引き寄せられます。
- 核心から遠く離れた
- 10個の電子は11個目の電子を反発する
最後の電子は原子核を離れて自由になります
導電率による物質
導体
- 導体
誘電体
これらは電気を通さない物質です
無料料金なし
これらは電流を流す物質です
無料料金があります
金属の構造
金属の構造
E 内部
E 外部= E 内部
静電界内の金属導体
E 外部= E 内部
E 一般的に =0
結論：
導体の内部には電界は存在しません。
導体の静電荷全体はその表面に集中します。
誘電体構造
塩の分子の構造
電気双極子 -
大きさが等しく符号が反対の 2 つの点電荷の集合。
極性誘電体の構造
電場における誘電体
E 内部 E 外部の .
E 内線
E 内部
結論：
誘電体は外部電界を弱めます
ガリムルザ S.A.
媒体の誘電率
真空中の電界強度
誘電体内の電界強度
媒体の誘電率
E ○
ディレクトリへ:
- クーロンの法則:
- 点電荷によって生成される電界強度:
q 1 q 2
r
2
q
r
2
マイクロ波とは何ですか?
家庭用電子レンジは、次の周波数の電磁波を使用しています。 2450 MHz - マイクロ波。
このようなマイクロ波では電界が 2 · 2 450 000 000 1秒に1回方向を変えます。
電子レンジ: マイクロ波周波数 2450MHz
電子レンジはどのようにして食品を加熱するのでしょうか？
製品の加熱は、次の 2 つの物理的メカニズムによって発生します。
1. 表層をマイクロ波で加熱する
2. 熱伝導率により、熱が製品の深部に浸透します。
デバイス
力、
頻度、
電子レンジ
携帯電話
GSMクラス4
携帯電話
スライドプレゼンテーション
スライドテキスト: 静電場における導体と誘電体 Artem Mezhetsky 10 “B” 演奏者: 市立教育機関「ベロヴォ市中等学校 No. 30」 校長: ポポワ イリーナ アレクサンドロヴナ ベロヴォ 2011
スライドのテキスト: 計画: 1. 導体と誘電体。 2. 静電界内の導体。 3. 静電界内の誘電体。 2種類の誘電体。 4.誘電率。
スライド テキスト: 導電率による物質 導体は電流を流す物質です。自由電荷があります。誘電体は電流を通さない物質です。自由電荷はありません。
スライドテキスト: 金属の構造 + + + + + + + + + - - - - - - - - -
スライド テキスト: 静電界内の金属導体 + + + + + + + + + - - - - - - - + + + + + Ev. エヴン。 EVN. = EVN. -
スライドのテキスト: 静電場内の金属導体 E 外部 = E 内部。 Total=0 OUTPUT: 導体の内部には電界がありません。 導体の静電荷全体はその表面に集中します。
スライドのテキスト: 誘電体の構造、食塩 NaCl の分子の構造、電気双極子 - 大きさが等しく符号が反対の 2 つの点電荷の組み合わせ。 Na Cl - - - - - - - - + - + -
スライド本文: 誘電体の種類 極性 正電荷の分布中心と負電荷の分布中心が一致しない分子で構成されます（食卓塩、アルコール、水など） 非極性 正電荷の分布中心と負電荷の分布中心が一致しない分子で構成されます料金が一致しない。 不活性ガス、O2、H2、ベンゼン、ポリエチレンなど
スライドテキスト: 極性誘電体の構造 + - + - + - + - + - + -
スライド番号 10
スライド テキスト: 電界中の誘電体 + - + + + + + + + - E ext. E内部 + - + - + - + - E 内部。< Е внеш. ВЫВОД: ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
スライド番号 11
スライドテキスト: 媒体の誘電率 - 誘電体の電気的特性の特性 E Eo - 真空中の電界強度 - 誘電体の電界強度 - 媒体の誘電率 = Eo E
スライド番号 12
スライドテキスト: 物質の誘電率 物質 媒体の誘電率 水 81 灯油 2.1 油 2.5 パラフィン 2.1 マイカ 6 ガラス 7
スライド番号 13
スライド テキスト: クーロンの法則: 点電荷によって生成される電界強度: q1 q2 r 2 q r 2
スライド番号 14
スライドのテキスト: タスク
スライド番号 15
スライドのテキスト: 問題の解決
スライド番号 16
スライドのテキスト: 問題解決
スライド番号 17
スライドのテキスト: 問題解決
スライド番号 18
スライド テキスト: テスト No. 1: 正に帯電した物体を 3 つの接触プレート A、B、C に近づけます。プレート B、C は導体で、A は誘電体です。 プレートBが完全に引き抜かれた後、プレートにはどのような電荷がかかるでしょうか? 回答の選択肢
スライド番号 19
スライド テキスト: No. 2: 帯電した金属球を 2 つの誘電性液体 (1< 2). Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость потенциала поля от расстояния, отсчитываемого от центра шара?
スライド番号 20
スライド テキスト: No. 3: 平面コンデンサのプレート間の空間が誘電体で完全に満たされると、コンデンサ内の電界強度は 9 倍変化します。 コンデンサの静電容量は何回変化しましたか? A) 3倍に増加しました。 B) 3 倍に減少しました。 C) 9倍に増加しました。 D) 9 分の 1 に減少しました。 E) 変わっていない。
スライド番号 21
スライド テキスト: No. 4: 正電荷が、厚肉の非帯電金属球の中心に配置されました。 次の図のうち、静電力線の分布パターンに対応するものはどれですか?
スライド番号 22
スライド テキスト: No. 5: 次の図のうち、正電荷と接地された金属面の磁力線の分布に対応するものはどれですか?
スライド番号 23
スライドのテキスト: 参考文献 Kasyanov, V.A. 物理 10年生 【テキスト】：中学校教科書 / V.A. カシャノフ。 – LLC「ドロファ」、2004年。 – 116ページ。 カバルディン O.F.、オルロフ V.A.、エベンチック E.E.、シャマシュ S.Ya.、ピンスキー A.A.、カバルディナ S.I.、ディク ユー I.、ニキフォロフ G.G.、シェファー N. .AND. "物理。 10年生」、「啓発」、2007
スライド番号 24
スライドのテキスト: すべて =)
球の表面では、平面とみなせる小さな球形の領域が円錐によって切り取られます。 A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2、または 頂点の角度が等しいため、円錐は互いに類似しています。 類似性から、塩基の面積は点 A からサイトまでの距離の 2 乗に関係していることがわかります。 したがって、
等電位面 心臓の興奮のある瞬間における等電位面のおおよその経過を図に示します。 電場では、いかなる形状の導電体の表面も等電位面になります。 点線は等電位面を示し、その隣の数字は電位値をミリボルト単位で示します。
物質の誘電率 物質 ε ε 気体および水蒸気 窒素 水素 空気 真空 水蒸気 (t=100 ℃) ヘリウム 酸素 二酸化炭素 液体 液体窒素 (t= –198.4 ℃) ガソリン 水 液体水素 (t= –252、 9 °С) 液体ヘリウム (t= –269 °C で) グリセリン 1.0058 1.006 1.4 1.9–2.0 81 1.2 1.05 43 液体酸素 (t= –192.4 °С で) 変圧器油 アルコール エーテル固体 ダイヤモンド ワックスがけ紙 乾燥木材 氷 (t= – 10 °С) パラフィン ゴム マイカ ガラス チタン バリウム 磁器 アンバー 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
文学 O. F. カバルディン『物理学。 参考資料"。 O・F・カバルディン「物理学。 参考資料"。 A.A.ピンスキー「物理学。 物理を深く学ぶ10年生の学校およびクラス向けの教科書。 A.A.ピンスキー「物理学。 物理を深く学ぶ10年生の学校およびクラス向けの教科書。 G. ヤ. ミャキシェフ「物理学。 電気力学の授業」。 G. ヤ. ミャキシェフ「物理学。 電気力学の授業」。 雑誌「クヴァント」。 雑誌「クヴァント」。
1. 外部場が存在しない場合、粒子は、粒子が作り出す電場がゼロに等しくなるように物質の内部に分布します。 2. 外部場の存在下では、荷電粒子の再分布が発生し、物質自身の電場が発生します。この電場は、物質の荷電粒子によって生成される外部 E0 場と内部 E/ で構成されますか? 導体と呼ばれる物質は何ですか? 3. 導体 -
- 熱運動に関与し、導体の体積全体にわたって移動できる自由電荷が存在する物質
- 4. 導体に外部場が存在しない場合、「-」の自由電荷はイオン格子の「+」電荷によって補償されます。 電界中では、 再配布 無料料金その結果、補償されていない「+」と「-」の電荷が表面に現れます。
- このプロセスはと呼ばれます 静電誘導、導体の表面に現れる電荷は 誘導電荷.
- 8. 誘電体（絶縁体）には自由電荷がありません。 それらは中性の原子または分子で構成されています。 中性原子内の荷電粒子は互いに結合しており、誘電体の体積全体にわたって電場の影響下で移動することができません。
- 水、アルコール、
- 一酸化窒素 (4)
- 不活性ガス、酸素、水素、ベンゼン、ポリエチレン。
- A) 電荷の位置エネルギー
- B) 電荷の運動エネルギー
- B) ゼロ
- A) これらは、電場の影響下で荷電粒子が移動できない物質です。
- B) これらは、電場の影響下で荷電粒子が移動できる物質です。
- A) これは、誘電体の正と負の束縛電荷の反対方向への変位です。
- B) これは、誘電体の正と負の束縛電荷の一方向への変位です。
- B) これは、中央の誘電体の正と負の電荷の配置です。
- A) 導体の内部
- B) その表面に
- 8. 無極性誘電体とは、正電荷と負電荷の分布中心が存在する誘電体です。
- A) 導体の内部の電界が最大であるという事実。
- B) 導体の内部には電界が存在しないという事実について
- A) これは正に帯電した電荷系です
- B) これはマイナスに帯電した電荷系です
- B) これは中立的な料金システムです
スライド 2
電場中の導体と誘電体 電場中を自由に移動できる荷電粒子を自由電荷といい、それを含む物質を導体といいます。 導体は金属、溶液、溶融電解質です。 金属内の自由電荷は、原子との接触を失った原子の外殻の電子です。 これらの電子は自由電子と呼ばれ、金属体内を任意の方向に自由に移動できます。 静電条件下、つまり電荷が静止している場合、導体の内部の電界強度は常にゼロです。 実際、導体の内部にまだ磁場が存在すると仮定すると、その中にある自由電荷が磁場の強さに比例する電気力の影響を受け、これらの電荷が移動し始めます。これは、磁場が停止することを意味します。静電気が発生する。 したがって、導体の内部には静電場は存在しません。
スライド 3
自由電荷を持たない物質は誘電体または絶縁体と呼ばれます。 誘電体の例には、さまざまな気体、一部の液体 (水、ガソリン、アルコールなど)、および多くの固体 (ガラス、磁器、プレキシガラス、ゴムなど) が含まれます。 誘電体には、有極性と無極性の 2 種類があります。 極性の誘電体分子では、主に正電荷が一方の部分 (「+」極) に存在し、負電荷がもう一方の部分 (「-」極) に存在します。 無極性誘電体では、正電荷と負電荷が分子全体に均等に分布しています。 電気双極子モーメントは、荷電粒子の系 (電荷分布) の電気的特性を、それが生成する場とそれに対する外部場の影響という意味で特徴付けるベクトル物理量です。 特定の (起源の選択とは無関係に) ゼロ以外の双極子モーメントを持つ最も単純な電荷系は、双極子 (同じサイズで反対の電荷を持つ 2 つの点粒子) です。
スライド 4
双極子の電気双極子モーメントの絶対値は、正の電荷の大きさと電荷間の距離の積に等しく、負の電荷から正の電荷に向かう方向、または次のとおりです。 ここで、q は電荷の大きさです。 , l は、負の電荷で始まり、正の電荷で終わるベクトルです。 N 個の粒子からなるシステムの場合、電気双極子モーメントは次のようになります。 電気双極子モーメントを測定するためのシステム単位には特別な名前がありません。 SI では単に Kl・m です。 分子の電気双極子モーメントは通常、デバイで測定されます: 1 D = 3.33564 · 10−30 C m。
スライド 5
誘電分極。 誘電体が外部電場に導入されると、その中で原子または分子を構成する電荷の特定の再分布が発生します。 このような再分布の結果、過剰な補償されていない結合電荷が誘電体サンプルの表面に現れます。 巨視的な結合電荷を形成するすべての荷電粒子は依然として原子の一部です。 結合した電荷は電場を生成し、誘電体の内部では外部電場の強度ベクトルとは反対の方向に電場が向きます。 このプロセスは誘電分極と呼ばれます。 その結果、誘電体内の総電界は絶対値で外部電界よりも小さくなることがわかります。 真空中の外部電界強度係数 E0 と均一な誘電体内の総電界強度係数 E0 の比に等しい物理量は、物質の誘電率と呼ばれます。
スライド 6
誘電体の分極にはいくつかのメカニズムがあります。 主なものは配向分極と変形分極です。 配向分極または双極子分極は、正電荷と負電荷の分布中心が一致しない分子で構成される極性誘電体の場合に発生します。 このような分子は微視的な電気双極子であり、互いにある程度の距離を置いて位置する、大きさが等しく符号が反対の 2 つの電荷の中性の組み合わせです。 たとえば、水分子や他の多くの誘電体 (H2S、NO2 など) の分子には双極子モーメントがあります。 外部電場が存在しない場合、分子双極子の軸は熱運動によりランダムに配向されるため、誘電体の表面および体積要素の電荷は平均してゼロになります。 誘電体が外部場に導入されると、分子双極子の部分的な配向が発生します。 その結果、補償されていない巨視的な結合電荷が誘電体の表面に現れ、外部場に向かう場を生成します。
スライド 7
分子の熱運動が配向を失わせる要因となるため、極性誘電体の分極は温度に強く依存します。 この図は、外部磁場では、逆方向の力が極性誘電体分子の反対極に作用し、磁場強度ベクトルに沿って分子を回転させようとすることを示しています。
スライド 8
変形 (または弾性) メカニズムは、外部場の不在下では分子が双極子モーメントを持たない非極性誘電体の分極中に現れます。 電場の影響下での電子分極中に、無極性誘電体の電子殻が変形します。正電荷はベクトルの方向に移動し、負電荷は反対方向に移動します。 その結果、各分子は電気双極子に変わり、その軸は外部磁場に沿った方向を向きます。 補償されていない結合電荷が誘電体の表面に現れ、外部場に向かう独自の場を作成します。 これが、非極性誘電体の分極がどのようにして起こるかということです。 非極性分子の例は、メタン分子 CH4 です。 この分子では、四重イオン化炭素イオン C4– が正ピラミッドの中心に位置し、その頂点に水素イオン H+ があります。 外部場が印加されると、炭素イオンがピラミッドの中心から移動し、分子は外部場に比例した双極子モーメントを発生します。
スライド 9
固体結晶誘電体の場合、一種の変形分極、いわゆるイオン分極が観察されます。これは、外部場が印加されると、結晶格子を構成する異なる符号のイオンが反対方向に変位します。その結果、結合した（補償されていない）電荷が結晶面に現れます。 このようなメカニズムの例としては、NaCl 結晶の分極が挙げられます。この場合、Na+ イオンと Cl- イオンは、互いに入れ子になった 2 つの副格子を形成します。 外部場が存在しない場合、NaCl 結晶の各単位胞は電気的に中性であり、双極子モーメントを持ちません。 外部電場では、両方の副格子が反対方向に変位します。つまり、結晶は分極されます。
スライド 10
この図は、外部場が無極性誘電体の分子に作用し、内部の反対の電荷をさまざまな方向に移動させ、その結果、この分子が力線に沿って配向した極性誘電体の分子と同様になることを示しています。 外部電場の影響下での非極性分子の変形は、その熱運動に依存しないため、非極性誘電体の分極は温度に依存しません。
スライド 11
固体のバンド理論の基礎 バンド理論は固体の量子論の主要なセクションの 1 つであり、結晶内の電子の動きを記述し、金属、半導体、誘電体の現代理論の基礎となっています。 固体内の電子のエネルギー スペクトルは、自由電子のエネルギー スペクトル (連続的) や個々の孤立した原子に属する電子のスペクトル (特定の利用可能なレベルのセットで離散的) とは大きく異なります。これは、個々の許容エネルギー バンドで構成されます。禁断のエネルギーの帯で隔てられています。 ボーアの量子力学的仮説によれば、孤立した原子では、電子のエネルギーは厳密に離散的な値を取ることができます（電子は特定のエネルギーを持ち、軌道の 1 つに位置します）。
スライド 12
化学結合によって結合されたいくつかの原子からなる系の場合、電子エネルギー準位は原子の数に比例した量に分割されます。 分裂の程度は、原子の電子殻の相互作用によって決まります。 系が巨視的レベルまでさらに増加すると、準位の数は非常に多くなり、隣接する軌道に位置する電子のエネルギーの差はそれに応じて非常に小さくなります - エネルギー準位は 2 つのほぼ連続した離散的なセットに分割されます - エネルギーゾーン。
スライド 13
半導体および誘電体の許容エネルギー帯の中で最高のものは、0 K の温度ですべてのエネルギー状態が電子によって占められており、価電子帯と呼ばれ、次のエネルギー帯は伝導帯と呼ばれます。 これらのゾーンの相対的な配置の原理に基づいて、すべての固体は 3 つの大きなグループに分類されます。 導体 - 伝導帯と価電子帯が重なっている (エネルギーギャップがない) 物質で、伝導帯と呼ばれる 1 つのゾーンを形成しています (したがって、 、電子は、許容される低いエネルギーを受け取った後、それらの間を自由に移動できます）。 誘電体 - ゾーンが重なり合わず、ゾーン間の距離が 3 eV を超える材料 (電子を価電子帯から伝導帯に移動するには、かなりのエネルギーが必要となるため、誘電体は実際には電流を通しません)。 半導体 - バンドが重なり合わず、バンド間の距離（バンドギャップ）が 0.1 ～ 3 eV の範囲にある材料（電子を価電子帯から伝導帯に移動させるために必要なエネルギーは、誘電体であるため、純粋な半導体は弱導電性です)。
スライド 14
バンド ギャップ (価電子帯と伝導帯の間のエネルギー ギャップ) はバンド理論における重要な量であり、材料の光学的および電気的特性を決定します。 価電子帯から伝導帯への電子の遷移は、電荷キャリア（負の電子および正の正孔）の生成プロセスと呼ばれ、その逆の遷移は再結合のプロセスと呼ばれます。
スライド 15
半導体は、バンドギャップが数電子ボルト（eV）程度の物質です。 たとえば、ダイヤモンドはワイドギャップ半導体として分類でき、インジウムヒ素はナローギャップ半導体として分類できます。 半導体には、多くの化学元素 (ゲルマニウム、シリコン、セレン、テルル、ヒ素など)、膨大な数の合金および化合物 (ガリウムヒ素など) が含まれています。 自然界で最も一般的な半導体はシリコンであり、地殻のほぼ 30% を占めています。 半導体は、比導電率の点で導体と誘電体の中間的な位置を占める材料であり、比導電率が不純物の濃度、温度、およびさまざまな種類の放射線への曝露に大きく依存する点で導体とは異なります。 半導体の主な特性は、温度の上昇に伴って電気伝導率が増加することです。
スライド 16
半導体は、導体と誘電体の両方の特性によって特徴付けられます。 半導体結晶では、原子から放出される電子のエネルギーは約 1 ～ 2 10－19 J (約 1 eV) ですが、誘電体の場合は 7 ～ 10 10 － 19 J (約 5 eV) であり、これが半導体間の主な違いを特徴づけます。そして誘電体。 このエネルギーは温度が上昇するにつれてそれらに現れ（たとえば、室温では、原子の熱運動のエネルギーレベルは0.4・10−19 J）、個々の電子はエネルギーを受け取り、原子核から分離されます。 それらは原子核を離れ、自由電子と正孔を形成します。 温度が上昇すると自由電子と正孔の数が増加するため、不純物を含まない半導体では電気抵抗率が減少します。 従来、電子結合エネルギーが 2 ～ 3 eV 未満の元素は半導体とみなされます。 電子正孔伝導機構は、ネイティブ (つまり、不純物のない) 半導体に現れます。 これは半導体の固有電気伝導率と呼ばれます。
スライド 17
電子が価電子帯から伝導帯に遷移する確率は、(-Eg/kT) に比例します。ここで、Eg はバンドギャップです。 Eg の値が大きい (2 ～ 3 eV) 場合、この確率は非常に小さいことがわかります。 このように、物質を金属と非金属に分けることには明確な根拠があります。 対照的に、非金属を半導体と誘電体に分けることにはそのような根拠はなく、純粋に条件付きです。
スライド 18
固有導電性と不純物導電性 結晶全体を構成する原子のイオン化中に自由電子と「正孔」が現れる半導体は、固有導電性を有する半導体と呼ばれます。 固有の導電性を備えた半導体では、自由電子の濃度は「正孔」の濃度と等しくなります。 不純物導電性 不純物導電性を有する結晶は、半導体デバイスの作成によく使用されます。 このような結晶は、5価または3価の化学元素の原子を含む不純物を導入することによって作成されます。
スライド 19
電子半導体 (n 型) 「n 型」という用語は、多数キャリアの負の電荷を指す「ネガティブ」という言葉に由来しています。 ４価の半導体（例えばシリコン）に５価の半導体の不純物（例えばヒ素）を添加する。 相互作用中に、各不純物原子はシリコン原子と共有結合を形成します。 しかし、飽和原子価結合にはヒ素原子の 5 番目の電子が入る場所がなく、切り離されて自由になります。 この場合、電荷の移動は正孔ではなく電子によって行われます。つまり、このタイプの半導体は金属と同様に電流を伝導します。 半導体に添加されてn型半導体となる不純物をドナー不純物といいます。
スライド 20
ホール半導体（p 型） 「p 型」という用語は、多数キャリアの正電荷を意味する「正」という言葉に由来しています。 このタイプの半導体は、不純物ベースに加えて、導電性のホールの性質によって特徴付けられます。 少量の 3 価元素 (インジウムなど) の原子が 4 価の半導体 (シリコンなど) に追加されます。 各不純物原子は、隣接する 3 つのシリコン原子と共有結合を確立します。 4番目のシリコン原子との結合を確立するために、インジウム原子は価電子を持たないため、隣接するシリコン原子間の共有結合から価電子を奪い、マイナスに帯電したイオンとなり、正孔が形成されます。 この場合に添加される不純物をアクセプタ不純物と呼びます。
スライド 21
スライド 22
半導体の物理的特性は、金属や誘電体と比較して最も研究されています。 これは、主に半導体のバンド構造の構造とかなり狭いバンドギャップの存在に関連する、特定の物質では観察できない膨大な数の効果によって促進されます。 半導体化合物はいくつかのタイプに分けられます: 単純な半導体材料 - 化学元素そのもの: ホウ素 B、炭素 C、ゲルマニウム Ge、シリコン Si、セレン Se、硫黄 S、アンチモン Sb、テルル Te、ヨウ素 I。ゲルマニウム、シリコン、セレン。 残りはドーパントとして、または複雑な半導体材料の成分として最もよく使用されます。 複雑な半導体材料のグループには、半導体特性を持ち、2 つ、3 つ、またはそれ以上の化学元素を含む化合物が含まれます。 もちろん、半導体を研究する主な動機は、半導体デバイスと集積回路の製造です。
スライド 23
ご清聴ありがとうございました！
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