Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Лекция 5
| Тема 4 | ПОЛУПРОВОДНИКИ | ||||||||||
| ПОЛУПРОВОДНИКИ | ➨ вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, наличия примесей, изменения освещенности; | ||||||||||
| ● отличие полупроводников от металлов и диэлектриков | ➨ по значению своего удельного сопротивления полупроводники занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Характерной особенностью является уменьшение удельного сопротивления полупроводников при увеличении температуры. | ||||||||||
| ● виды полупроводников | ➨ наибольшее применение получили германий Ge и кремний Si. Различают полупроводники: ▪ собственные (химически чистые)- т.е. беспримесные; ▪ примесные - донорные и акцепторные | ||||||||||
Собственная
проводимость
полупроводников
(п/пр)
(проводимость
электронно-дырочная)
монокристалл германия
| ➨ германий – 4-х валентный элемент, обладающий атомной пространственной решеткой с ковалентным типом связи между атомами. Каждый атом германия посредством своих четырех валентных электронов образует с каждым из четырех соседних атомов германия парноэлектронные связи. При температурах, близких к абсолютному нулю, связи между всеми атомами в кристалле заполнены – при таких температурах собственные п/пр являются диэлектриками, т.е. не проводят электрический ток. При нагревании или облучении кинетическая энергия валентных электронов повышается и некоторые парноэлектронные связи разрушаются, в п/пр появляются свободные электроны и образуются вакантные места –дырки (что равносильно появлению в п/пр (+) зарядов, равных заряду электрона). У собственных п/пр число появившихся электронов и дырок одинаково и они движутся хаотически в отсутствие внешнего электрического поля. Под действием внешнего электрического поля электроны движутся упорядоченно против направления внешнего поля, а дырки - по направлению поля. При повышении температуры увеличивается число разорванных связей, что приводит к увеличению удельной электропроводности (т.е. к уменьшению сопротивления) п/пр. | ||||||||||
Примесная
проводимость
полупроводников (п/пр)
 ❶ n-тип
| ➨ примесные п/пр получают в результате внедрения в собственный п/пр атомов примеси с валентностью большей или меньшей, чем у атомов собственного п/пр.
Внедрим 5-валентный мышьяк  в 4-х валентный кристалл германия Ge.
Один валентный электрон мышьяка остается свободным, т.е. в донорном п/пр появляются свободные электроны, которые начинают упорядоченно двигаться под воздействием внешнего электрического поля, образуя электрический ток.
· Электропроводность донорных п/пр – электронная.
· Донорные полупроводники – полупроводники n-типа.
· Основные носители тока - электроны.
| ||||||||||
❷ р-тип
| ➨ внедрим 3-х валентный индий In в кристалл германия Ge. У каждого атома индия не хватает одного электрона для образования парноэлектронной связи с 4-х валентным германием. Незаполненная связь является вакантным местом – дыркой (т.е. равноценна появлению в кристалле положительного заряда). Под действием внешнего электрического поля дырки движутся упорядоченно по направлению поля, образуя электрический ток. · Электропроводность акцепторных п/пр – дырочная. · Акцепторные полупроводники – полупроводники р-типа. · Основные носители тока - дырки. | ||||||||||
Свойства
p-n- перехода
рис.1
| ➨ электронно-дырочный переход (p-n-переход) –область монокристаллического полупроводника, в котором происходит смена проводимости с электронной (n) на дырочную (p) (или наоборот.)
Через границу раздела областей кристалла с разным типом проводимости происходит диффузия электронов.
Электроны из n-полупроводника будут диффундировать в дырочный p –полупроводник. В результате из объема n-полупроводника уйдут электроны и вблизи границы в нем образуется избыточный положительный заряд.
Диффузия дырок изp –полупроводника (по аналогичным причинам) приведет к возникновению вблизи границы вp –полупроводнике избыточного отрицательного заряда.
В результате на границе p-n-перехода образуется запирающий слой толщины  , который препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок (рис.1).
Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с остальными объемами полупроводников, на величину которого влияет внешнее электрическое поле.
| ||||||||||
рис.2
| ➨ подключим n-полупроводник к (-) полюсу источника, а p –полупроводник к (+) полюсу. Электроны в n-полупроводнике и дырки в p –полупроводнике будут двигаться навстречу друг другу к границе раздела полупроводников. Электроны переходят границу и «заполняют» дырки (рис.2). При таком прямом (пропускном) направлениитолщина и сопротивление запирающего слоя уменьшаются и через границу двух полупроводников проходит электрический ток. | ||||||||||
рис.3
| ➨ подключим n-полупроводник к (+) полюсу источника, а p –полупроводник к (-) полюсу. Электроны в n-полупроводнике и дырки в p –полупроводнике будут двигаться в противоположные стороны (рис.3). Это приводит к утолщению запирающего слоя и увеличению его сопротивления. Через границу двух полупроводников электрический ток не проходит. | ||||||||||
● полупроводниковый
 диод
Обозначение на схеме
| ➨ электрический прибор, изготовленный на основе кристалла полупроводника с одним р-n-переходом, обладающем односторонней электрической проводимостью. Диод имеет два электрода: · анод А соединен с областьюр-проводимости; · катод К –с областью n-проводимости. Диод применяют для выпрямления переменного тока. | ||||||||||
· транзистор
| ➨ полупроводниковое устройство, используемое для усиления и генерации электрических колебаний; выполнен из монокристалла германия или кремния, в котором за счет внедрения примесей создан электронно-дырочный переход;
➨ транзистор представляет собой  или  -структуру, или соединение противоположно включенных диодов.
Транзисторы и -типа равноценны по своим параметрам, но транзисторы -типа применяются чаще, потому, что они проще в изготовлении.
Дырки в -транзисторе, создающие эмиттерный ток, из области эмиттера попадают в очень узкую (10-50 мкм)  -область базы, откуда большая их часть (95-99%) проходит в  -область к коллектору, образуя коллекторный ток  . Остальные дырки образуют ток базы  , текущий через базу Б.
Для суммы всех токов справедливо равенство:
 + + =0
Ток, направленный к транзистору, считается положительным, от транзистора – отрицательным; направление тока определяется направлением движения положительных зарядов.
| ||||||||||
| |||||||||||
| Раздел 4 ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ ЛЕКЦИЯ 6 | |||||||||||
| Тема 5 | МАГНЕТИЗМ -раздел физики, изучающий магнитные свойства веществ, взаимодействия между магнитами, электрическим током и магнитами, электрическими токами, а так же взаимодействие между движущимися зарядами | ||||||||||
| МАГНИТЫ | ➨ магниты бывают естественные и искусственные; | ||||||||||
| ● естественный магнит | ➨ кусок железной руды, обладающий способностью притягивать к себе находящиеся вблизи небольшие железные предметы. Опытным путем установлено, что Земля – гигантский естественный магнит; | ||||||||||
| ● искусственные магниты | ➨ железные предметы, получившие магнитные свойства в результате контакта с естественным магнитом или намагниченные в магнитном поле; | ||||||||||
| ● магнитные полюсы | ➨ различные части постоянного магнита, притягивающие железные предметы по-разному. Концы магнита, где притяжение максимальное, назвали полюсами, а среднюю часть, где притяжение практически отсутствует – нейтральной зоной. Опыт показывает, что разделить северный и южный магнитные полюсы невозможно. Конец стрелки, указывающий географический север Земли, назвали северным полюсом (N), противоположный полюс, указывающий на юг – южным полюсом (S). | ||||||||||
| Магнитное взаимодействие | ➨ разноименные полюсы (N и S) притягиваются, одноименные (N и N, S и S) - отталкиваются. У Земли - на географическом севере расположен южный магнитный полюс; на географическом юге – северный магнитный полюс. | 
| |||||||||
| ● взаимодействие постоянных магнитов | |||||||||||
 Опыт Эрстеда
(1820г.)
| ➨ магнитную стрелку и проводник расположили вдоль меридиана в направлении «север - юг». При пропускании по проводнику тока магнитная стрелка отклонялась, причем направление отклонения зависело от направления тока в проводнике. Магнитная стрелка отклонялась под действием магнитного поля, которое существовало вокруг проводника с током. | ||||||||||
● взаимодействие
проводников с током
 опыт Ампера (1820г.)
| ➨ если по двум проводникам, расположенным параллельно друг другу, пропускать ток в одном направлении, то между ними возникают силы притяжения; при пропускании тока в противоположных направлениях между проводниками возникают силы отталкивания. Явление взаимодействия электрических токов Ампер назвал электродинамическим взаимодействием. | ||||||||||
| МАГНИТНОЕ ПОЛЕ | ➨ особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими зарядами. Магнитное поле является составной частью электромагнитного поля. | ||||||||||
| ● свойства магнитного поля | ➨ u магнитное поле порождается электрическим током или движущимися зарядами; vмагнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток или движущиеся заряды; wмагнитное поле материально, т.е. оно существует независимо от нас и нашего сознания. | ||||||||||
| ● однородное магнитное поле | ➨ поле, в каждой точке которого вектор магнитной индукции имеет одинаковые модуль и направление. | ||||||||||
 Действие магнитного поля на рамку с током
| ➨ плоская рамка площадью S и силой тока I,помещенная в однородное магнитное поле, поворачивается на некоторый угол, следовательно на рамку действует вращательный момент
Максимальный вращающий момент сил  , действующих на контур с током, не зависит от формы этого контура, но пропорционален площади контура S и силе тока Iв нем.
| ||||||||||
Магнитная индукция
 [Тл]
| ➨ поэтому, отношение максимального вращательного момента  к силе тока Iи площади контураS не зависит от параметров контура, характеризует магнитное поле в данной точке пространства и может быть принято за модуль магнитной индукции .
Силовая характеристика
магнитного поля
| ||||||||||
● единица магнитной
индукции – тесла
| ➨ за единицу магнитной индукции принята индукция такого однородного магнитного поля, в котором на рамку площадью 1 м2 с током 1 А действует вращающий момент, равный 1 Н·м | ||||||||||
| Силовые линии магнитного поля | ➨ наглядно изображают магнитное поле; |
| |||||||||
| · свойства силовых линий | ➨ uвсегда замкнуты; vнигде не начинаются; wнигде не заканчиваются; | ||||||||||
| · направление силовых линий | ➨ за направление силовых линий принято направление, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки, т.е. силовые линии направлены от северного полюса (N) постоянного магнита к южному полюсу (S). | ||||||||||
| ● линии магнитной индукции | ➨ в каждой точке поля касательная к силовой линии совпадает с направление вектора магнитной индукции .
| ||||||||||
| Магнитное поле прямолинейного тока | ➨ линии представляют собой концентрические окружности с центром на проводнике с током, а направление магнитной индукции зависит от направления тока, создающего магнитное поле. ➨определяется правилом буравчика (правого винта). | 
| |||||||||
● правило буравчика
| ➨ если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения рукоятки буравчика укажет направление силовых линий магнитного поля. | ||||||||||
| ➨ часто на рисунках изображается сечение проводника с током в виде кружка: ➨ если в центре кружка стоит точка, то это означает, что ток направлен к нам (мы как бы видим острие летящей на нас стрелы); ➨ если в центре кружка стоит крестик – это означает, что ток направлен от нас (стрела как бы летит от нас). | ||||||||||
 ● правило
правой руки
| ➨ позволяет определить направление силовых линий магнитного поля, порожденного проводником с током: ➨ если проводник с током взять в правую руку так, что большой палец руки будет указывать направление тока, то остальные пальцы руки, окружающие проводник, будут показывать направление силовых линий магнитного поля; | ||||||||||
Магнитное поле
кругового тока
| ➨ линии магнитной индукции кругового тока являются замкнутыми кривыми, а направление магнитной индукции зависит от направления тока в витке; ➨ если вращать рукоятку буравчика по направлению кругового тока, то направление ввинчивания буравчика покажет направление вектора магнитной индукции поля, созданного током; | ||||||||||
Магнитное поле
рамки с током
| ➨ рамка с током – это проводник, согнутый в виде прямоугольника или окружности, по которому течет постоянный ток; она создает магнитное поле, аналогичное магнитному полю постоянного полосового магнита и представляет собой простейший электромагнит; применив правило правой руки можно определить северный и южный полюсы магнитного поля рамки с током: ➨ если пальцы правой руки сжаты в направлении, соответствующем направлению тока в рамке, то большой палец укажет направление от южного полюса к северному; | ||||||||||
Магнитное поле
соленоида
| ➨ соленоид – свернутый в спираль проводник, по которому течет электрический ток; магнитное поле соленоида подобно магнитному полю полосового магнита; конструктивно соленоид представляет собой круговые рамки с током, соединенные последовательно. ➨ определить северный и южный полюсы магнитного поля соленоида можно, применив правило правой руки для рамки с током. | ||||||||||
Магнитная
проницаемость среды
| ➨ значение магнитной индукции зависит от среды, в которой существует магнитное поле. | ||||||||||
➨ величина, равная отношению магнитной индукции поля в данной среде  к магнитной индукции этого же поля в вакууме  ; характеризует магнитные свойства данной среды.
| |||||||||||
| ИНДУКЦИЯ магнитного поля | ➨ магнитная индукцию поля, созданного постоянным током  , текущим по бесконечному длинному прямолинейному проводнику в точках, отстоящих от проводника на расстоянии  , определяется по формулам:
| ||||||||||
| в вакууме | в среде | ||||||||||
| ● прямолинейного тока | ➨ 
| ➨ 
| |||||||||
| ● в центре кругового тока | ➨ 
| ➨ 
| |||||||||
| ● соленоида с током | ➨ 
| ➨ 
| |||||||||
| Магнитная постоянная | ➨ 
| ||||||||||
| ЛЕКЦИЯ 7 | |||||||||||
СИЛА АМПЕРА
| ➨ сила, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное поле. | ||||||||||
➨ равна произведению вектора магнитной индукции  на силу тока  , длину участка  проводника и на синус угла  между магнитной индукцией и участком проводника;
| |||||||||||
| ● направление силы Ампера (правило левой руки) | ➨ если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входили линии магнитной индукции, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера, действующей на ток. | 
| |||||||||
● сила взаимодействия
параллельных токов
| ➨ сила магнитного взаимодействия токов  и  текущих по участкам одинаковой длины бесконечно длинных параллельных проводников, находящихся в вакууме на расстоянии  друг от друга
| 
r
| |||||||||
| Действие магнитного поля на движущиеся электрические заряды | |||||||||||
| ➨ движущаяся с ускорением заряженная частица создает свое собственное магнитное поле. Если ее поместить во внешнее магнитное поле, то взаимодействие полей проявится в возникновении силы, действующей на частицу со стороны внешнего поля – силы Лоренца. | |||||||||||
СИЛА ЛОРЕНЦА
| ➨ сила, с которой магнитное поле действует на одну движущуюся заряженную частицу:
   
| ||||||||||
➨ равна произведению заряда  на вектор магнитной индукции  , скорость движения частицы  и синус угла между направлением скорости заряда и индукцией магнитного поля.
| |||||||||||
| ● направление силы Лоренца (правило левой руки) |  ➨ если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор  , а четыре вытянутых пальца направить вдоль вектора  , то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на положительный заряд.
| ||||||||||
| На отрицательный заряд, движущийся в том же направлении в магнитном поле, сила действует в противоположном направлении. | |||||||||||
| Движение заряженных частиц в магнитном поле | |||||||||||
| ❶ частица движется вдоль силовых линий магнитного поля:  ; 
| ||||||||||
 
| v частица движется по окружности радиусом R:
1)  - центростремительное ускорение частицы.
2)   - радиус окружности
3)  ;  - период вращения частицы
| ||||||||||
 
| w частица движется по винтовой линии радиусом R и шагом винта h:
1)  - шаг винта;
2)  - радиус окружности;
3)  - период вращения;
| ||||||||||
Электродвигатель
| ➨ машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. В основе лежит закон Ампера - при движении проводника или рамки с током в магнитном поле происходит превращение электрической энергии в механическую. Различают двигатели постоянного и переменного тока. В сравнении с тепловыми двигателями электродвигатели имеют меньшие размеры и вес при одинаковой мощности. КПД электродвигателя - 96-98%. В 1834 г. русским ученым Б.С. Якоби был изобретен один из первых в мире электродвигателей. | ||||||||||
● устройство
 электродвигателя
| ➨ якорь – система рамок, уложенных в прорезях стального цилиндра. Большое число рамок, плоскости которых расположены под одинаковыми углами друг к другу, создают равномерное вращение якоря и постоянную силу тяги на валу двигателя. Концы проводников якоря соединены с изолированными друг от друга пластинками коллектора. Магнитное поле, в котором вращается якорь, создается электромагнитом. И якорь, и электромагнит соединены с одним и тем же источником тока. | ||||||||||
Магнитный поток
(поток магнитной индукции)
 [Вб]
| ➨ магнитным потоком Ф через какую-либо поверхность S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла между векторами  и  ;
| 
| |||||||||
| ➨ поток магнитной индукции характеризует распределение магнитного поля по поверхности, ограниченной замкнутым контуром; | |||||||||||
| ● единица магнитного потока 1 Вебер | ➨ за единицу магнитного потока – вебер принят магнитный поток, создаваемый однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. | ||||||||||
Date: 2015-11-15; view: 1607; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА... |