Prezentacja na temat „Przewodniki i dielektryki”. Prezentacja na temat „Przewodniki i dielektryki” Dielektryk osłabia zewnętrzne pole elektryczne

• Co to jest pole elektryczne?
• Wymień główne właściwości pola elektrostatycznego.
• Co wytwarza pole elektryczne?
• Jak nazywa się natężenie pola elektrycznego?
• Jakie pole elektryczne nazywa się jednorodnym?
• Jak można uzyskać jednolite pole elektryczne?
• Jak są skierowane linie sił jednolitego pola elektrycznego?
• Jak obliczyć natężenie pola elektrycznego wytworzonego przez ładunek punktowy?

Przewodniki i dielektryki w polu elektrostatycznym

Zarys wykładu:

• 1. Przewodniki i dielektryki.
• 2. Przewodniki w polu elektrostatycznym.
• 3. Dielektryki w polu elektrostatycznym.

Dwa rodzaje dielektryków.

• 4. Stała dielektryczna.

Struktura metali

Ostatni elektron jest słabo przyciągany do jądra, ponieważ:

• daleko od jądra
• 10 elektronów odpycha jedenasty

ostatni elektron opuszcza jądro i staje się wolny

substancji według przewodnictwa

dyrygenci

• dyrygenci

dielektryki

Są to substancje, które nie przewodzą prądu elektrycznego

żadnych bezpłatnych opłat

są to substancje przewodzące prąd elektryczny

są bezpłatne opłaty

Struktura metali

Struktura metali

mi wewnętrzny

mi zewnętrzny= mi wewnętrzny

Przewodnik metalowy w polu elektrostatycznym

mi zewnętrzny= mi wewnętrzny

mi ogólnie =0

WNIOSEK:

Wewnątrz przewodnika nie ma pola elektrycznego.

Cały ładunek statyczny przewodnika skupia się na jego powierzchni.

Struktura dielektryczna

struktura cząsteczki soli

Dipole elektryczne -

zbiór dwóch ładunków punktowych o jednakowej wielkości i przeciwnych znakach.

Struktura dielektryka polarnego

Dielektryk w polu elektrycznym

mi wewnętrzny mi zewnętrzny .

mi wew.

mi wewnętrzny

WNIOSEK:

DIELEKTRYK Osłabia ZEWNĘTRZNE POLE ELEKTRYCZNE

Galimurza S.A.

Stała dielektryczna ośrodka

Natężenie pola elektrycznego w próżni

Natężenie pola elektrycznego w dielektryku

Stała dielektryczna ośrodka

mi O

Do katalogu:

• Prawo Coulomba:
• Natężenie pola elektrycznego wytworzonego przez ładunek punktowy:

Q 1 Q 2

R

2

Q

R

2

Czym są kuchenki mikrofalowe?

Kuchenki mikrofalowe do użytku domowego wykorzystują fale elektromagnetyczne o częstotliwości 2450 MHz - mikrofale.

W takich mikrofalach pole elektryczne 2 · 2 450 000 000 zmienia swój kierunek raz na sekundę.

Kuchenka mikrofalowa: częstotliwość mikrofal 2450 MHz

Jak mikrofale podgrzewają jedzenie?

Ogrzewanie produktów następuje w wyniku dwóch mechanizmów fizycznych:

1. ogrzewanie warstwy wierzchniej za pomocą mikrofal

2. późniejsze przenikanie ciepła w głąb produktu ze względu na przewodność cieplną.

urządzenie

moc,

częstotliwość,

kuchenka mikrofalowa

telefon komórkowy

Klasa GSM 4

telefon komórkowy

Prezentacja slajdów

Tekst slajdu: Przewodniki i dielektryki w polu elektrostatycznym Artem Mezhetsky 10 „B” Wykonał: Miejska placówka oświatowa „Szkoła średnia nr 30 miasta Belovo” Kierownik: Popova Irina Aleksandrovna Belovo 2011

Tekst slajdu: Plan: 1. Przewodniki i dielektryki. 2. Przewodniki w polu elektrostatycznym. 3. Dielektryki w polu elektrostatycznym. Dwa rodzaje dielektryków. 4. Stała dielektryczna.

Tekst slajdu: Substancje według przewodnictwa przewodniki to substancje przewodzące prąd elektryczny istnieją ładunki swobodne dielektryki to substancje, które nie przewodzą prądu elektrycznego nie ma ładunków swobodnych

Tekst slajdu: Struktura metali + + + + + + + + + - - - - - - - - -

Tekst slajdu: Przewodnik metalowy w polu elektrostatycznym + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + Ew. par. par. = par. -

Tekst slajdu: Przewodnik metalowy w polu elektrostatycznym E zewnętrzny = E wewnętrzny. Razem=0 WYJŚCIE: Wewnątrz przewodnika nie ma pola elektrycznego. Cały ładunek statyczny przewodnika skupia się na jego powierzchni.

Tekst slajdu: Budowa dielektryka, budowa cząsteczki soli kuchennej NaCl, dipol elektryczny - połączenie dwóch ładunków punktowych o jednakowej wielkości i przeciwnym znaku. NaCl - - - - - - - - + - + -

Tekst slajdu: Rodzaje dielektryków Polarny Składają się z cząsteczek, w których środki rozkładu ładunków dodatnich i ujemnych nie pokrywają się, sól kuchenna, alkohole, woda itp. Niepolarne Składają się z cząsteczek, w których środki rozkładu ładunków dodatnich i ujemnych opłaty nie pokrywają się. gazy obojętne, O2, H2, benzen, polietylen itp.

Tekst slajdu: Struktura dielektryka polarnego + - + - + - + - + - + -

Slajd nr 10

Tekst slajdu: Dielektryk w polu elektrycznym + - + + + + + + + - E zew. Wewnętrzne + - + - + - + - E wewnętrznie.< Е внеш. ВЫВОД: ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Slajd nr 11

Tekst slajdu: Stała dielektryczna ośrodka - charakterystyka właściwości elektrycznych dielektryka E Eo - natężenie pola elektrycznego w próżni - natężenie pola elektrycznego w dielektryku - stała dielektryczna ośrodka = Eo E

Slajd nr 12

Tekst slajdu: Stała dielektryczna substancji substancja Stała dielektryczna ośrodka woda 81 nafta 2,1 olej 2,5 parafina 2,1 mika 6 szkło 7

Slajd nr 13

Tekst slajdu: Prawo Coulomba: Natężenie pola elektrycznego wytworzonego przez ładunek punktowy: q1 q2 r 2 q r 2

Slajd nr 14

Tekst slajdu: Zadanie

Slajd nr 15

Tekst slajdu: Rozwiązywanie problemu

Slajd nr 16

Tekst slajdu: Rozwiązywanie problemów

Slajd nr 17

Tekst slajdu: Rozwiązywanie problemów

Slajd nr 18

Tekst slajdu: Test nr 1: Dodatnio naładowane ciało przykłada się do trzech stykających się płytek A, B, C. Płyty B, C są przewodnikiem, a A jest dielektrykiem. Jakie ładunki będą na płytach po całkowitym wyciągnięciu płyty B? Opcje odpowiedzi

Slajd nr 19

Tekst slajdu: Nr 2: Naładowaną metalową kulkę zanurza się kolejno w dwóch cieczach dielektrycznych (1< 2). Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость потенциала поля от расстояния, отсчитываемого от центра шара?

Slajd nr 20

Tekst slajdu: Nr 3: Kiedy przestrzeń pomiędzy okładkami płaskiego kondensatora jest całkowicie wypełniona dielektrykiem, natężenie pola wewnątrz kondensatora zmienia się 9-krotnie. Ile razy zmieniła się pojemność kondensatora? A) Zwiększono 3 razy. B) Zmniejszone 3 razy. C) Zwiększono 9 razy. D) Zmniejszone 9 razy. E) Nie uległo zmianie.

Slajd nr 21

Tekst slajdu: Nr 4: Ładunek dodatni umieszczono w środku grubościennej, nienaładowanej metalowej kuli. Która z poniższych figur odpowiada rozkładowi linii pola elektrostatycznego?

Slajd numer 22

Tekst slajdu: Nr 5: Który z poniższych rysunków odpowiada rozkładowi linii pola dla ładunku dodatniego i uziemionej metalowej płaszczyzny?

Slajd nr 23

Tekst slajdu: Referencje Kasyanov, V.A. Fizyka, klasa 10 [Tekst]: podręcznik dla szkół średnich / V.A. Kasjanow. – Spółka z oo „Drofa”, 2004 r. – 116 s. 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. "Fizyka. Klasa 10”, „Oświecenie”, 2007

Slajd nr 24

Tekst slajdu: Wszystko =)

Na powierzchni kuli stożki wycinają małe kuliste obszary, które można uznać za płaskie. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2, lub Stożki są do siebie podobne, ponieważ kąty w wierzchołkach są równe. Z podobieństwa wynika, że ​​pola podstaw są powiązane jako kwadraty odległości od punktu A do miejsc i odpowiednio. Zatem,

Powierzchnie ekwipotencjalne Na rysunku przedstawiono przybliżony przebieg powierzchni ekwipotencjalnych dla określonego momentu pobudzenia serca. W polu elektrycznym powierzchnia ciała przewodzącego o dowolnym kształcie jest powierzchnią ekwipotencjalną. Linie przerywane oznaczają powierzchnie ekwipotencjalne, liczby obok nich oznaczają wartość potencjału w miliwoltach.

Stała dielektryczna substancji Substancja ε ε Gazy i para wodna Azot Wodór Powietrze Próżnia Para wodna (przy t=100 şС) Hel Tlen Dwutlenek węgla Ciecze Ciekły azot (przy t= –198,4 şС) Benzyna Woda Wodór ciekły (przy t= –252, 9°С) Ciekły hel (przy t= –269°C) Gliceryna 1,0058 1,006 1,4 1,9–2,0 81 1,2 1,05 43 Ciekły tlen (przy t= –192,4°С) Olej transformatorowy Alkohol Eter Substancje stałe Diament Papier woskowany Suche drewno Lód (przy t= – – 10 şС) Parafina Guma Mika Szkło Tytan bar Porcelana Bursztyn 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

Literatura O. F. Kabardina „Fizyka. Materiały referencyjne”. O. F. Kabardina „Fizyka. Materiały referencyjne”. A. A. Pinsky „Fizyka. Podręcznik dla szkół i klas 10-tych z pogłębionym studium fizyki.” A. A. Pinsky „Fizyka. Podręcznik dla szkół i klas 10-tych z pogłębionym studium fizyki.” G. Ya Myakishev „Fizyka. Zajęcia z elektrodynamiki”. G. Ya Myakishev „Fizyka. Zajęcia z elektrodynamiki”. Magazyn „Kvant”. Magazyn „Kvant”.

1. W przypadku braku pola zewnętrznego cząstki są rozmieszczone wewnątrz substancji w taki sposób, że wytwarzane przez nie pole elektryczne jest równe zeru. 2. W obecności pola zewnętrznego następuje redystrybucja naładowanych cząstek i powstaje własne pole elektryczne substancji, które składa się z pola zewnętrznego E0 i wewnętrznego E/ utworzonego przez naładowane cząstki substancji? Jakie substancje nazywamy przewodnikami? 3. Przewodniki -

• substancje z obecnością swobodnych ładunków, które biorą udział w ruchu termicznym i mogą przemieszczać się w całej objętości przewodnika

• 4. W przypadku braku pola zewnętrznego w przewodniku, swobodny ładunek „-” jest kompensowany przez ładunek „+” sieci jonowej. W polu elektrycznym następuje redystrybucja bezpłatne opłaty, w wyniku czego na jego powierzchni pojawiają się nieskompensowane ładunki „+” i „-”.
• Proces ten nazywa się indukcja elektrostatyczna, a ładunki pojawiające się na powierzchni przewodnika to opłaty indukcyjne.

• 8. W dielektrykach (izolatorach) nie ma swobodnych ładunków elektrycznych. Składają się z obojętnych atomów lub cząsteczek. Naładowane cząstki w neutralnym atomie są ze sobą powiązane i nie mogą poruszać się pod wpływem pola elektrycznego w całej objętości dielektryka.

• Woda, alkohol,
• tlenek azotu (4)

• gazy obojętne, tlen, wodór, benzen, polietylen.

• A) Energia potencjalna ładunków
• B) Energia kinetyczna ładunków
• B) zero

• A) Są to substancje, w których naładowane cząstki nie mogą poruszać się pod wpływem pola elektrycznego.
• B) Są to substancje, w których naładowane cząstki mogą poruszać się pod wpływem pola elektrycznego.

• A) Jest to przemieszczenie dodatnich i ujemnych ładunków dielektryka w przeciwnych kierunkach
• B) Jest to przemieszczenie dodatnich i ujemnych ładunków dielektryka w jednym kierunku
• B) Jest to układ dodatnich i ujemnych ładunków dielektryka pośrodku

• A) wewnątrz przewodnika
• B) Na jego powierzchni

• 8. Dielektryki niepolarne to dielektryki, w których środki rozkładu ładunków dodatnich i ujemnych...

• A) Fakt, że pole elektryczne wewnątrz przewodnika jest maksymalne.
• B) na tym, że wewnątrz przewodnika nie ma pola elektrycznego

• A) Jest to układ ładunków naładowanych dodatnio
• B) Jest to układ ładunków naładowanych ujemnie
• B) Jest to układ opłat neutralny

Slajd 2

Przewodniki i dielektryki w polu elektrycznym Cząstki naładowane, które mogą swobodnie poruszać się w polu elektrycznym, nazywane są ładunkami swobodnymi, a substancje je zawierające - przewodnikami. Przewodnikami są metale, ciekłe roztwory i stopione elektrolity. Ładunki swobodne w metalu to elektrony z zewnętrznych powłok atomów, które utraciły z nimi kontakt. Elektrony te, zwane wolnymi elektronami, mogą swobodnie poruszać się po metalowym korpusie w dowolnym kierunku. W warunkach elektrostatycznych, tj. gdy ładunki elektryczne są nieruchome, natężenie pola elektrycznego wewnątrz przewodnika zawsze wynosi zero. Rzeczywiście, jeśli założymy, że wewnątrz przewodnika nadal istnieje pole, to na znajdujące się w nim swobodne ładunki zadziałają siły elektryczne proporcjonalne do natężenia pola, a ładunki te zaczną się poruszać, co oznacza, że ​​pole przestanie być elektrostatyczny. Zatem wewnątrz przewodnika nie ma pola elektrostatycznego.

Slajd 3

Substancje, które nie mają ładunków swobodnych, nazywane są dielektrykami lub izolatorami. Przykładami dielektryków są różne gazy, niektóre ciecze (woda, benzyna, alkohol itp.), a także wiele ciał stałych (szkło, porcelana, plexi, guma itp.). Istnieją dwa rodzaje dielektryków - polarne i niepolarne. W polarnej cząsteczce dielektryka ładunki dodatnie znajdują się głównie w jednej części (biegun „+”), a ładunki ujemne w drugiej (biegun „-”). W niepolarnym dielektryku ładunki dodatnie i ujemne są równomiernie rozłożone w całej cząsteczce. Elektryczny moment dipolowy jest wektorową wielkością fizyczną charakteryzującą właściwości elektryczne układu naładowanych cząstek (rozkład ładunku) w sensie tworzonego przez niego pola i wpływu na niego pól zewnętrznych. Najprostszym układem ładunków, który ma pewien (niezależny od wyboru pochodzenia) niezerowy moment dipolowy, jest dipol (dwie cząstki punktowe o przeciwnych ładunkach tej samej wielkości)

Slajd 4

Wartość bezwzględna elektrycznego momentu dipolowego dipola jest równa iloczynowi wielkości ładunku dodatniego i odległości między ładunkami i jest skierowana od ładunku ujemnego do dodatniego, lub: gdzie q jest wielkością ładunków , l jest wektorem mającym początek w ładunku ujemnym i koniec w ładunku dodatnim. W przypadku układu cząstek N elektryczny moment dipolowy wynosi: Jednostki systemowe służące do pomiaru elektrycznego momentu dipolowego nie mają specjalnej nazwy. W SI jest to po prostu Kl·m. Elektryczny moment dipolowy cząsteczek mierzy się zwykle w debyach: 1 D = 3,33564·10−30 C·m.

Slajd 5

Polaryzacja dielektryczna. Kiedy dielektryk zostanie wprowadzony do zewnętrznego pola elektrycznego, następuje w nim pewna redystrybucja ładunków tworzących atomy lub cząsteczki. W wyniku takiej redystrybucji na powierzchni próbki dielektrycznej pojawia się nadmiar nieskompensowanych ładunków związanych. Wszystkie naładowane cząstki tworzące makroskopowe ładunki związane są nadal częścią ich atomów. Związane ładunki tworzą pole elektryczne, które wewnątrz dielektryka jest skierowane przeciwnie do wektora natężenia pola zewnętrznego. Proces ten nazywany jest polaryzacją dielektryczną. W rezultacie całkowite pole elektryczne wewnątrz dielektryka okazuje się mniejsze niż pole zewnętrzne w wartości bezwzględnej. Wielkość fizyczna równa stosunkowi modułu zewnętrznego natężenia pola elektrycznego w próżni E0 do modułu całkowitego natężenia pola w jednorodnym dielektryku E nazywana jest stałą dielektryczną substancji:

Slajd 6

Istnieje kilka mechanizmów polaryzacji dielektryków. Najważniejsze z nich to orientacja i polaryzacja deformacji. Polaryzacja orientacyjna lub dipolowa występuje w przypadku dielektryków polarnych składających się z cząsteczek, w których środki rozkładu ładunków dodatnich i ujemnych nie pokrywają się. Takie cząsteczki to mikroskopijne dipole elektryczne - neutralna kombinacja dwóch ładunków o jednakowej wielkości i przeciwnym znaku, znajdujących się w pewnej odległości od siebie. Na przykład cząsteczka wody, a także cząsteczki wielu innych dielektryków (H2S, NO2 itp.) mają moment dipolowy. W przypadku braku zewnętrznego pola elektrycznego osie dipoli molekularnych są zorientowane losowo w wyniku ruchu termicznego, tak że na powierzchni dielektryka i w dowolnym elemencie objętościowym ładunek elektryczny wynosi średnio zero. Kiedy dielektryk zostanie wprowadzony do pola zewnętrznego, następuje częściowa orientacja dipoli molekularnych. W rezultacie na powierzchni dielektryka pojawiają się nieskompensowane makroskopowo związane ładunki, tworząc pole skierowane w stronę pola zewnętrznego

Slajd 7

Polaryzacja polarnych dielektryków silnie zależy od temperatury, ponieważ ruch termiczny cząsteczek odgrywa rolę czynnika dezorientującego. Rysunek pokazuje, że w polu zewnętrznym na przeciwne bieguny polarnej cząsteczki dielektryka działają przeciwnie skierowane siły, które próbują obrócić cząsteczkę wzdłuż wektora natężenia pola.

Slajd 8

Mechanizm deformacji (lub sprężystości) objawia się podczas polaryzacji niepolarnych dielektryków, których cząsteczki nie posiadają momentu dipolowego przy braku pola zewnętrznego. Podczas polaryzacji elektronowej pod wpływem pola elektrycznego, powłoki elektroniczne niepolarnych dielektryków ulegają deformacji - ładunki dodatnie przemieszczają się w kierunku wektora, a ładunki ujemne w kierunku przeciwnym. W rezultacie każda cząsteczka zamienia się w dipol elektryczny, którego oś jest skierowana wzdłuż pola zewnętrznego. Na powierzchni dielektryka pojawiają się nieskompensowane związane ładunki, tworząc własne pole skierowane w stronę pola zewnętrznego. W ten sposób zachodzi polaryzacja niepolarnego dielektryka. Przykładem cząsteczki niepolarnej jest cząsteczka metanu CH4. W tej cząsteczce poczwórnie zjonizowany jon węgla C4– znajduje się w środku regularnej piramidy, na której wierzchołkach znajdują się jony wodoru H+. Po przyłożeniu pola zewnętrznego jon węgla zostaje wyparty ze środka piramidy, a w cząsteczce powstaje moment dipolowy proporcjonalny do pola zewnętrznego.

Slajd 9

W przypadku stałych dielektryków krystalicznych obserwuje się rodzaj polaryzacji odkształceniowej - tzw. polaryzację jonową, w której jony o różnych znakach tworzących sieć krystaliczną pod wpływem zewnętrznego pola przemieszczają się w przeciwnych kierunkach, jak w wyniku czego na ściankach kryształu pojawiają się związane (nieskompensowane) ładunki. Przykładem takiego mechanizmu jest polaryzacja kryształu NaCl, w której jony Na+ i Cl– tworzą dwie zagnieżdżone w sobie podsieci. W przypadku braku pola zewnętrznego każda komórka elementarna kryształu NaCl jest elektrycznie obojętna i nie ma momentu dipolowego. W zewnętrznym polu elektrycznym obie podsieci przemieszczają się w przeciwnych kierunkach, co oznacza, że ​​kryształ jest spolaryzowany.

Slajd 10

Rysunek pokazuje, że na cząsteczkę niepolarnego dielektryka działa pole zewnętrzne, przemieszczając w nim przeciwne ładunki w różnych kierunkach, w wyniku czego cząsteczka ta upodabnia się do cząsteczki dielektryka polarnego, zorientowanej wzdłuż linii pola. Odkształcenie cząsteczek niepolarnych pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego nie zależy od ich ruchu termicznego, dlatego polaryzacja niepolarnego dielektryka nie zależy od temperatury.

Slajd 11

Podstawy pasmowej teorii ciał stałych Teoria pasmowa jest jednym z głównych działów kwantowej teorii ciał stałych, opisującym ruch elektronów w kryształach i stanowi podstawę współczesnej teorii metali, półprzewodników i dielektryków. Widmo energetyczne elektronów w ciele stałym różni się znacznie od widma energii elektronów swobodnych (które jest ciągłe) lub widma elektronów należących do poszczególnych izolowanych atomów (dyskretnego o określonym zestawie dostępnych poziomów) - składa się z indywidualnych dozwolonych pasm energetycznych oddzielone pasmami zakazanych energii. Zgodnie z postulatami mechaniki kwantowej Bohra, w izolowanym atomie energia elektronu może przyjmować wartości ściśle dyskretne (elektron ma określoną energię i znajduje się w jednym z orbitali).

Slajd 12

W przypadku układu kilku atomów połączonych wiązaniem chemicznym poziomy energii elektronowej są rozdzielane w ilości proporcjonalnej do liczby atomów. Miara rozszczepienia zależy od oddziaływania powłok elektronowych atomów. Wraz z dalszym wzrostem układu do poziomu makroskopowego liczba poziomów staje się bardzo duża, a różnica energii elektronów znajdujących się na sąsiednich orbitali jest odpowiednio bardzo mała - poziomy energii rozkładają się na dwa prawie ciągłe dyskretne zbiory - energia strefy.

Slajd 13

Najwyższe z dopuszczalnych pasm energii w półprzewodnikach i dielektrykach, w którym w temperaturze 0 K wszystkie stany energetyczne są zajęte przez elektrony, nazywane jest pasmem walencyjnym, kolejnym jest pasmo przewodnictwa. W oparciu o zasadę względnego rozmieszczenia tych stref wszystkie ciała stałe dzielimy na trzy duże grupy: przewodniki – materiały, w których pasmo przewodnictwa i pasmo walencyjne nakładają się na siebie (nie ma przerwy energetycznej), tworząc jedną strefę zwaną pasmem przewodnictwa (stąd , elektron może swobodnie przemieszczać się między nimi, po otrzymaniu dowolnej dopuszczalnej niskiej energii); dielektryki - materiały, w których strefy nie zachodzą na siebie, a odległość między nimi jest większa niż 3 eV (w celu przeniesienia elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa wymagana jest znaczna energia, dlatego dielektryki praktycznie nie przewodzą prądu); półprzewodniki - materiały, w których pasma nie zachodzą na siebie, a odległość między nimi (przerwa wzbroniona) mieści się w przedziale 0,1–3 eV (do przeniesienia elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa potrzeba mniej energii niż do dielektryk, dlatego czyste półprzewodniki słabo przewodzą).

Slajd 14

Pasmo wzbronione (przerwa energetyczna pomiędzy pasmami walencyjnymi i przewodnictwa) jest kluczową wielkością w teorii pasmowej i określa właściwości optyczne i elektryczne materiału. Przejście elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa nazywa się procesem generowania nośników ładunku (ujemnego - elektronu i dodatniego - dziury), a przejście odwrotne nazywa się procesem rekombinacji.

Slajd 15

Półprzewodniki to substancje, których przerwa wzbroniona jest rzędu kilku elektronowoltów (eV). Na przykład diament można sklasyfikować jako półprzewodnik o szerokiej przerwie, a arsenek indu można sklasyfikować jako półprzewodnik o wąskiej przerwie. Półprzewodniki obejmują wiele pierwiastków chemicznych (german, krzem, selen, tellur, arsen i inne), ogromną liczbę stopów i związków chemicznych (arsenek galu itp.). Najpopularniejszym półprzewodnikiem w przyrodzie jest krzem, stanowiący prawie 30% skorupy ziemskiej. Półprzewodnik to materiał, który pod względem przewodnictwa właściwego zajmuje pozycję pośrednią między przewodnikami a dielektrykami i różni się od przewodników silną zależnością przewodnictwa właściwego od stężenia zanieczyszczeń, temperatury i narażenia na różne rodzaje promieniowania. Główną właściwością półprzewodnika jest wzrost przewodności elektrycznej wraz ze wzrostem temperatury.

Slajd 16

Półprzewodniki charakteryzują się zarówno właściwościami przewodników, jak i dielektryków. W kryształach półprzewodników elektrony potrzebują około 1-2 10-19 J (około 1 eV) energii, aby uwolnić się z atomu w porównaniu do 7-10 10-19 J (około 5 eV) dla dielektryków, co charakteryzuje główną różnicę między półprzewodnikami i dielektryki. Energia ta pojawia się w nich wraz ze wzrostem temperatury (np. w temperaturze pokojowej poziom energii ruchu termicznego atomów wynosi 0,4·10−19 J), a poszczególne elektrony otrzymują energię, którą należy oddzielić od jądra. Opuszczają swoje jądra, tworząc wolne elektrony i dziury. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta liczba wolnych elektronów i dziur, dlatego w półprzewodniku niezawierającym zanieczyszczeń rezystywność elektryczna maleje. Tradycyjnie za półprzewodniki uważa się elementy o energii wiązania elektronów mniejszej niż 2-3 eV. Mechanizm przewodnictwa elektron-dziura objawia się w rodzimych (to znaczy pozbawionych zanieczyszczeń) półprzewodnikach. Nazywa się to wewnętrzną przewodnością elektryczną półprzewodników.

Slajd 17

Prawdopodobieństwo przejścia elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa jest proporcjonalne do (-Eg/kT), gdzie Eg jest pasmem wzbronionym. Przy dużej wartości Eg (2-3 eV) prawdopodobieństwo to okazuje się bardzo małe. Zatem podział substancji na metale i niemetale ma bardzo określoną podstawę. Natomiast podział niemetali na półprzewodniki i dielektryki nie ma takiej podstawy i jest czysto warunkowy.

Slajd 18

Przewodnictwo wewnętrzne i domieszkowe Półprzewodniki, w których podczas jonizacji atomów, z których zbudowany jest cały kryształ, pojawiają się wolne elektrony i „dziury”, nazywane są półprzewodnikami o przewodnictwie wewnętrznym. W półprzewodnikach o przewodnictwie wewnętrznym stężenie wolnych elektronów jest równe stężeniu „dziur”. Przewodność zanieczyszczeń Kryształy posiadające przewodność zanieczyszczeń są często wykorzystywane do tworzenia urządzeń półprzewodnikowych. Takie kryształy powstają poprzez wprowadzenie zanieczyszczeń atomami pięciowartościowego lub trójwartościowego pierwiastka chemicznego

Slajd 19

Półprzewodniki elektroniczne (typ n) Termin „typ n” pochodzi od słowa „ujemny”, które odnosi się do ładunku ujemnego większości nośników. Zanieczyszczenie półprzewodnika pięciowartościowego (na przykład arsenu) dodaje się do półprzewodnika czterowartościowego (na przykład krzemu). Podczas interakcji każdy atom domieszki wchodzi w wiązanie kowalencyjne z atomami krzemu. Jednak w nasyconych wiązaniach walencyjnych nie ma miejsca na piąty elektron atomu arsenu, ulega on przerwaniu i staje się wolny. W tym przypadku przenoszenie ładunku odbywa się za pomocą elektronu, a nie dziury, to znaczy tego typu półprzewodnik przewodzi prąd elektryczny jak metale. Zanieczyszczenia dodawane do półprzewodników, powodując, że stają się półprzewodnikami typu n, nazywane są zanieczyszczeniami donorowymi.

Slajd 20

Półprzewodniki dziurkowe (typ p) Termin „typ p” pochodzi od słowa „dodatni”, które oznacza ładunek dodatni większości nośników. Ten typ półprzewodnika, oprócz zasady domieszkowej, charakteryzuje się dziurowym charakterem przewodnictwa. Niewielką ilość atomów pierwiastka trójwartościowego (takiego jak ind) dodaje się do czterowartościowego półprzewodnika (takiego jak krzem). Każdy atom domieszki tworzy wiązanie kowalencyjne z trzema sąsiadującymi atomami krzemu. Aby utworzyć wiązanie z czwartym atomem krzemu, atom indu nie ma elektronu walencyjnego, więc wychwytuje elektron walencyjny z wiązania kowalencyjnego pomiędzy sąsiednimi atomami krzemu i staje się jonem naładowanym ujemnie, w wyniku czego powstaje dziura. Zanieczyszczenia dodawane w tym przypadku nazywane są zanieczyszczeniami akceptorowymi.

Slajd 21

Slajd 22

Właściwości fizyczne półprzewodników są najczęściej badane w porównaniu z metalami i dielektrykami. W dużej mierze ułatwia to ogromna liczba efektów, których nie można zaobserwować ani w tej, ani w drugiej substancji, związanych przede wszystkim ze strukturą struktury pasmowej półprzewodników i obecnością dość wąskiego pasma wzbronionego. Związki półprzewodnikowe dzielimy na kilka rodzajów: proste materiały półprzewodnikowe – same pierwiastki chemiczne: bor B, węgiel C, german Ge, krzem Si, selen Se, siarka S, antymon Sb, tellur Te i jod I. German, krzem i selen. Pozostałe stosowane są najczęściej jako domieszki lub składniki złożonych materiałów półprzewodnikowych. Do grupy złożonych materiałów półprzewodnikowych zalicza się związki chemiczne posiadające właściwości półprzewodnikowe, w skład których wchodzą dwa, trzy lub więcej pierwiastków chemicznych. Oczywiście główną zachętą do badania półprzewodników jest produkcja urządzeń półprzewodnikowych i układów scalonych.

Slajd 23

Dziękuję za uwagę!

Wyświetl wszystkie slajdy