3.3 Электрический ток в металлах, в вакууме и газах

Электрические токи в металлах, вакууме и газах

3.3 Электрический ток в металлах, в вакууме и газах

СРС

Элементарная классическая теория электропроводности металлов

Носителями тока в металлах являются свободные электроны, т. е. электроны, слабо связанные с ионами кристалличе­ской решетки металла.

Это представление о природе носителей тока в металлах осно­вывается на электронной теории проводи­мости металлов, созданной немецким фи­зиком П. Друде (1863—1906) и разрабо­танной впоследствии нидерландским фи­зиком X.

Лоренцем, а также на ряде классических опытов, подтверждающих положения электронной теории.

Первый из таких опытов — опыт Рикке(1901), в котором в течение года электрический ток пропускался через три последовательно соединенных с тщательно отшлифованными торцами металлических цилиндров (Сu, Аl, Сu) одинакового ради­уса.

Несмотря на то что общий заряд, прошедший через эти цилиндры, достигал огромного значения (»3,5•106 Кл), ни­каких, даже микроскопических, следов пе­реноса вещества не обнаружилось.

Это явилось экспериментальным доказательст­вом того, что ионы в металлах не участву­ют в переносе электричества, а перенос заряда в металлах осуществляется части­цами, которые являются общими для всех металлов. Такими частицами могли быть открытые в 1897 г. английским физиком Д. Томсоном (1856—1940) электроны.

Для доказательства этого предполо­жения необходимо было определить знак и величину удельного заряда но­сителей (отношение заряда носителя к его массе). Идея подобных опытов за­ключалась в следующем: если в металле имеются подвижные, слабо связанные с решеткой носители тока, то при резком торможении проводника эти частицы дол­жны по инерции смещаться вперед, как

смещаются вперед пассажиры, стоящие в вагоне при его торможении. Результатом смещения зарядов должен быть импульс тока; по направлению тока можно опреде­лить знак носителей тока, а зная размеры и сопротивление проводника, можно вы­числить удельный заряд носителей. Идея этих опытов (1913) и их качественное воплощение принадлежат советским физи­кам С. Л.

Мандельштаму (1879—1944) и Н. Д. Папалекси (1880—1947). Эти опыты в 1916 г. были усовершенствованы и проведены американским физиком Р. Толменом (1881 —1948) и ранее шотландским физиком Б. Стюартом (1828—1887). Ими экспериментально доказано, что носители тока в металлах заряжены отрицательно, а их удельный заряд приблизительно оди­наков для всех исследованных металлов.

По значению удельного заряда носителей электрического тока и по определенному ранее Р. Милликеном элементарному электрическому заряду была определена их масса. Оказалось, что значения удель­ного заряда и массы носителей тока и электронов, движущихся в вакууме, со­впадали.

Таким образом, было оконча­тельно доказано, что носителями электри­ческого тока в металлах являются свобод­ные электроны.

Существование свободных электронов в металлах можно объяснить следующим образом: при образовании кристалличе­ской решетки металла (в результате сбли­жения изолированных атомов) валентные электроны, сравнительно слабо связанные с атомными ядрами, отрываются от ато­мов металла, становятся «свободными» и могут перемещаться по всему объему. Таким образом, в узлах кристаллической решетки располагаются ионы металла, а между ними хаотически движутся свободные электроны, образуя своеобразный электронный газ, обладающий, согласно электронной теории металлов, свойствами идеального газа.

Электроны проводимости при своем движении сталкиваются с ионами решет­ки, в результате чего устанавливается тер-

модинамическое равновесие между элек­тронным газом и решеткой. По теории Друде — Лоренца, электроны обладают такой же энергией теплового движения, как и мо­лекулы одноатомного газа. Поэтому, при­меняя выводы молекулярно-кинетической теории (см. (44.3)), можно найти среднюю скорость теплового движения электронов

которая для T=300 К равна 1,1•105 м/с. Тепловое движение электронов, являясь хаотическим, не может привести к возник­новению тока.

При наложении внешнего электриче­ского поля на металлический проводник кроме теплового движения электронов возникает их упорядоченное движение, т. е. возникает электрический ток.

Сред­нюю скорость упорядоченного движе­ния электронов можно оценить согласно формуле (96.1) для плотности тока: j=ne.

Выбрав допустимую плотность тока, например для медных проводов 107 А/м2, получим, что при концентрации носителей тока n=8•1028 м-3 средняя скорость (v) упорядоченного движения электронов равна 7,8•10-4 м/с. Следова­тельно,

Источник: https://studopedia.su/5_53054_elektricheskie-toki-v-metallah-vakuume-i-gazah.html

Электрический ток в вакууме и газах

3.3 Электрический ток в металлах, в вакууме и газах

Совсем недавно мы говорили о полупроводниках и изготовленных на основе их свойств приборах — транзисторах. Транзисторы полностью заменили электронные лампы, которые были более громоздкими и менее безопасными. Из этих ламп выкачивался воздух, делая концентрацию воздуха внутри сосуда все меньше и меньше.

В конце концов, концентрация оказывалась настолько мала, что молекулы газа пролетали от одной стенки сосуда до другой, не соударяясь друг с другом. Такое состояние газа называют вакуумом. То есть вакуум — это такое состояние вещества, при котором его молекулы могут пролететь от одной стенки сосуда до другой, ни разу не испытав соударения.

Возникает вопрос: если в вакууме так мало вещества, то как же тогда провести ток через вакуум? Ведь для этого нужны носители заряда.

Впервые это удалось Томасу Эдисону (известному всем как изобретатель промышленной лампы накаливания). Рассмотрим эксперимент Эдисона. Томас Эдисон поместил две металлические пластины в вакуумный баллон. К пластинам он подсоединил электрометр, чтобы регистрировать появление электрического тока и начал нагревать одну из пластин.

Когда пластина достаточно нагрелась, электрометр показал, что на второй пластине есть заряд. Это можно было объяснить только тем, что в вакууме протекает электрический ток.

Дело здесь вот в чем: вокруг разогретого металла образуется электронное облако. С повышением средней кинетической многие электроны становятся свободными, вылетая с поверхности металла подобно молекулам, вылетающим с поверхности воды при испарении.

Часть таких электронов и попало на вторую пластину, тем создав на ней ненулевой заряд. Такой процесс получил называние термоэлектронной эмиссии. То есть, термоэлектронная эмиссия — это процесс испускания электронов разогретым металлом.

Необходимо отметить, что речь не идет о настолько высокой температуре, которая разрушила бы сам металл.

На основе этого свойства был изобретен такой прибор как вакуумный диод. В вакуумный баллон помещены два электрода: холодный и горячий. Как и было сказано ранее, горячий электрод испускает значительно большее число электронов, чем холодный.

В результате, один из электродов оказывается отрицательно заряженным, а другой — положительно заряженным. Горячий электрод называется катодом, а холодный электрод называется анодом.

Теперь давайте рассмотрим, что произойдет, если мы подключим анод к положительному полюсу источника тока, а катод — к отрицательному. В этом случае, вектор напряженности электрического поля будет направлен от анода к катоду.

Поскольку направление вектора напряженности указывает направление движения положительных зарядов, электроны будут двигаться в обратном направлении (то есть от катода к аноду). В результате этого, между электродами возникнет электрический ток, то есть, цепь замкнется, и по всей цепи будет протекать электрический ток.

Если же теперь мы сменим полярность, то поменяется и направление вектора напряженности электрического поля. В этом случае, поле будет отталкивать электроны обратно к катоду, и цепь окажется разомкнутой.

Таким образом, вакуумный диод обладает односторонней проводимостью и тоже может быть использован для преобразования переменного тока в постоянный. Если мы рассмотрим вольтамперную характеристику вакуумного диода, то увидим, что ток возникает только в одном направлении и достаточно быстро растет с увеличением напряжения.

На сегодняшний день вакуумные диоды почти полностью заменили полупроводниковыми диодами, но общая идея у этих приборов имеется.

Рассмотрим теперь возникновение электрического тока в газах. Как вы знаете, в обычном состоянии газы являются диэлектриками, из-за того, что в них очень мало свободных зарядов. Если мы возьмем заряженный конденсатор и подсоединим к нему электрометр, то убедимся, что стрелка электрометра практически не двигается.

Это говорит нам о том, что конденсатор разряжается очень медленно. Если теперь мы подогреем воздух между пластинами конденсатора, то стрелка электрометра достаточно быстро начнет приближаться к нулю.

Это говорит о том, что конденсатор разряжается, то есть воздух при более высокой температуре становится проводящим. Электрический ток, проходящий через газ, называется газовым разрядом.

Надо сказать, что создать электрический ток в газе можно двумя способами: разделить нейтральные молекулы на ионы и электроны или привнести в газ уже готовые свободные заряды. Чаще всего используется первый способ, который называется ионизацией. Ионизация — это процесс разделения нейтральных молекул на ионы и электроны.

Как мы только что убедились, ионизация газов происходит при нагревании.

Это объясняется тем, что при более высоких температурах молекулы газа начинают двигаться все быстрее и быстрее, соответственно соударяясь все с большей и большей силой.

При таких столкновениях, некоторые молекулы распадаются на положительно заряженные ионы и электроны. Надо сказать, что в газе могут образоваться и отрицательно заряженные ионы: если свободный электрон присоединится к нейтральному атому.

Необходимо отметить, что ионизацию газа можно вызвать не только нагреванием, но и подвергнув этот газ некоторым видам излучения.

Существует два вида газовых разрядов: несамостоятельный и самостоятельный разряды. Несамостоятельный разряд — это протекание электрического тока в газе только под действием внешнего ионизатора. То есть, если разряд несамостоятельный, то при прекращении действия ионизатора, в газе перестанет протекать электрический ток.

Самостоятельный разряд — это протекание электрического тока в газе даже после отключения внешнего ионизатора. То есть, если разряд самостоятельный, то ток не перестанет существовать в газе, при выключении ионизатора.

Проведем опыт, который поможет нам установить вольт-амперную характеристику газов. Для этого соберем следующую цепь: в первую очередь нам понадобится ионизатор.

Этот ионизатор включает в себя два электрода: положительный (анод) и отрицательный (катод). Конечно, нам также понадобится стеклянный баллон, в который мы и поместим исследуемый газ. Разумеется, в нашей цепи должен присутствовать источник тока, с помощью которого мы создадим электрическое поле.

Для измерения напряжения нам понадобится вольтметр, а для измерения силы тока нам понадобится амперметр. Чтобы мы могли регулировать силу тока, нам понадобится реостат. Итак, наша цепь готова.

Для удобства мы можем изобразить ее схематически, а также, построить график, отображающий вольт-амперную характеристику данного газа.

Как видно, график делится на три участка: до точки А, между точками А и В, и после точки В. Итак первая часть графика представляет собой практически линейную зависимость силы тока от напряжения. То есть, на первом участке, протекание электрического тока подчиняется хорошо известному нам закону Ома.

Если теперь мы рассмотрим второй участок, то убедимся, что ток практически не увеличивается, несмотря на увеличение напряжения. Дело здесь в следующем: в какой-то момент наступает такое состояние, что в единицу времени образуется столько же зарядов, сколько зарядов достигает электродов за это же время.

То есть, попросту неоткуда взяться дополнительным носителям заряда, за счет которых увеличилась бы сила тока. В таких случаях говорят, что ток достиг насыщения. Но, как видно из графика, этим дело еще не кончается. Если продолжать увеличивать напряжение, то ток, в какой-то момент снова начинает быстро увеличиваться.

Этому соответствует третий участок графика — участок после точки В.

Чем больше напряжение, тем сильнее электрическое поле действует на заряженные частицы. В результате, электроны начинают обладать довольно большой энергией и при столкновении с нейтральными атомами выбивают из них дополнительные заряды. Когда газ достиг такого состояния, внешний ионизатор уже не нужен для поддержания тока, поэтому, здесь речь идет уже о самостоятельном разряде.

Кинетическая энергия электрона пропорциональна напряженности поля и длине свободного пробега (то есть расстоянию, пройденному без столкновений). Итак, если эта энергия электрона превосходит работу, которую необходимо совершить для ионизации нейтрального атома, то такой электрон самостоятельно ионизирует нейтральный атом. Такой процесс называется ионизацией электронным ударом.

Более того, положительные ионы, двигающиеся к катоду, тоже обладают достаточно большой энергией, чтобы выбить из него электроны. Кроме этого, столь большое количество ударов по катоду приводит к его нагреванию. А нагревание, как мы знаем, приводит к термоэлектронной эмиссии.

В этом случае, число заряженных частиц становится столь велико, что ионизатор уже не нужен, и такой разряд, безусловно, является самостоятельным.

Источник: https://videouroki.net/video/77-eliektrichieskii-tok-v-vakuumie-i-ghazakh.html

Электрический ток в различных средах — Персональный сайт учителя физики Казакова И.И

3.3 Электрический ток в металлах, в вакууме и газах

Электрическим током называют всякое  упорядоченное движение электрических зарядов. Электрический ток может проходить через различные вещества при определенных условиях. Одним из условий возникновения электрического тока является наличие свободных зарядов, способных двигаться под действием электрического поля.

Поэтому в этом разделе мы попытаемся  установить, какие частицы, переносят  электрический заряд в различных средах.

Электрический ток в металлах.

Металлы состоят из положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки и совокупности свободных электронов. Вне электрического поля свободные электроны движутся хаотически, подобно молекулам идеального газа, а потому рассматриваются в классической электронной теории как электронный газ.

Под действием внешнего электрического поля меняется характер движения свободных электронов внутри металла. Электроны, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля.

Следовательно, электрический ток в металлах — это упорядоченное движение электронов.

Сила тока в металлическом проводнике определяется по формуле:

где— сила тока в проводнике, e — модуль заряда электрона,  n0 — концентрация электронов проводимости,  — средняя скорость упорядоченного движения электронов,  S — площадь поперечного сечения проводника.

Плотность тока проводимости численно равна заряду, проходящему за 1с через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению тока.

гдеj — плотность тока.

У большинства металлов практически каждый атом ионизирован. А так как концентрация электронов проводимости  одновалентного металла равна

где Na — постоянная Авогадро,  A — атомная масса металла, ρ — плотность металла,

то получаем что концентрация определяется в пределах 1028 — 1029 м-3.

Закон Ома для однородного участка цепи:

где — напряжение на участке,  R — сопротивление участка.

Для однородного участка цепи:

где  ρУ — удельное сопротивление проводника, l — длина проводника,  S — площадь поперечного сечения проводника.

Удельное сопротивление проводника зависит от температуры и  эта зависимость выражается соотношением:

ρу = ρоу ( 1 + α ∆Т )

где ρоу  — удельное сопротивление металлического проводника при температуре Т =273К, α —термический коэффициент сопротивления, ∆Т = Т — То  — изменение температуры.

Вольт-амперная характеристика металлов.

Сила тока в  проводниках по закону Ома прямо пропорциональна напряжению. Такая зависимость имеет место для проводников со строго заданным сопротивлением (для резисторов).

Тангенс угла наклона графика равен проводимости проводника. Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению

где  G — проводимость.

Но так как сопротивление металлов зависит от температуры, то вольт-амперная характеристика металлов не является линейной.

Электрический ток в растворах и расплавах электролитов.

Явление распада молекул солей, щелочей и кислот в воде на ионы противоположных знаков называют электролитической диссоциацией. Полученные в следствие распада ионы служат носителями заряда в жидкости, а сама жидкость становятся проводником.

Вне электрического поля ионы движутся хаотически. Под действием внешнего электрического поля ионы, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля: катионы к катоду, анионы — к аноду.

Следовательно, электрический ток в растворах (расплавах) электролитов — это направленное перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях.

Прохождение электрического тока через раствор электролита всегда сопровождается выделением на электродах веществ, входящих в его состав. Это явление называют электролизом.

При движении внутри электролитов ионы взаимодействуют с молекулами воды и другими ионами, т.е. электролиты оказывают некоторое противодействие движению, а, следовательно, обладают сопротивлением. Электрическое сопротивление электролитов зависит от концентрации ионов, величины заряда иона, от скорости движения ионов обоих знаков.

Сопротивление электролитов так же определяется по формуле:

где  ρУ — удельное сопротивление электролита, l — длина жидкого проводника,  S — площадь поперечного сечения жидкого проводника.

При увеличении температуры электролита уменьшается его вязкость, что ведет к увеличению скорости движения ионов. Т.е. при повышении температуры сопротивление электролита уменьшается.

Законы Фарадея.

1. Масса вещества, выделяемого на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду, прошедшему через электролит.

гдеm — масса вещества, выделяющегося на электроде,  k — электрохимический эквивалент, q — заряд, прошедший через электролит.

2. Электрохимический эквивалент вещества прямо пропорционален его химическому эквиваленту.

где М— молярная масса вещества, F- постоянная Фарадея,— валентность иона.

постоянная Фарадея численно равна заряду, который должен пройти через электролит, чтобы выделить из него массу вещества, численно равную химическому эквиваленту.

Объединенный закон Фарадея.

Электрический ток в газах.

При нормальных условиях   газы  состоят  из  нейтральных молекул, а поэтому являются диэлектриками.

Так как для  получения электрического тока необходимо наличие заряженных частиц, то молекулы газа следует ионизировать (оторвать электроны от молекул).

Для ионизации молекул необходимо затратить энергию — энергию ионизации, количество которой зависит от рода вещества. Так, энергия ионизации минимальна для атомов щелочных металлов, максимальна — для инертных газов.

Ионизировать молекулы можно при нагревании газа, при облучении его различного рода лучами. Благодаря дополнительной  энергии  возрастает скорость  движения  молекул, нарастает интенсивность их теплового движения  и  при соударении отдельные молекулы теряют электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы.

Электроны, оторвавшись от молекулы могут присоединятся к нейтральным молекулам, образуя при этом отрицательно заряженные ионы.

Следовательно, при ионизации появляются три типа носителей зарядов: положительные ионы, отрицательные ионы и электроны.

Под действием внешнего электрического поля ионы обоих знаков и электроны движутся  в направлении действия сил электрического поля: положительные ионы  к катоду, отрицательные ионы и электроны — к аноду. Т.е. электрический ток в газах — это упорядоченное движение ионов и электронов под действием электрического поля.

Вольт- амперная характеристика газов.

Зависимость силы тока от напряжения выражена  кривой ОАВС.

На  участке графика  ОА сила тока подчиняется закону Ома. При малом напряжении сила тока мала, т.к.  ионы двигаясь с малыми скоростями рекомбинируют, не достигая электродов. При увеличении напряжения  между электродами скорость направленного движения электронов  и ионов возрастает, поэтому  большая часть заряженных частиц достигает  электродов, а, следовательно возрастает сила тока.

При определенном значении напряжения U1 все ионы имеют достаточные скорости и, не рекомбинируя, достигают электродов. Ток становится максимально возможным и не зависит от дальнейшего увеличения напряжения до значения U2. Такой ток называют током насыщения, и ему соответствует участок графика АВ.

При напряжении U2 в несколько тысяч вольт скорость электронов, возникающих при ионизации молекул, а следовательно, их кинетическая энергия значительно увеличиваются. И когда  кинетическая энергия  достигает значения энергии ионизации, электроны, сталкиваясь с нейтральными молекулами, ионизируют их.

Дополнительная ионизация  приводит к лавинообразному увеличению количества заряженных частиц, а следовательно и к значительному увеличению силы тока без воздействия внешнего ионизатора. Прохождение электрического тока без воздействия внешнего ионизатора называют самостоятельным разрядом.

Такая зависимость выражена участком графика АС.

Электрический ток в вакууме.

В вакууме отсутствуют заряженные частиц, а следовательно, он является диэлектриком. Т.е.  необходимо создать определенные  условия, которые помогут  получить заряженные частицы.

Свободные электроны есть в металлах. При комнатной температуре  они не могут покинуть металл, т. к. удерживаются в нем силами кулоновского притяжения со стороны положительных ионов.

Для преодоления этих сил электрону необходимо затратить определенную энергию, которая называется работой выхода.

Энергию, большую или  равную работе выхода, электроны могут получить при разогреве металла до высоких температур.

При нагревании металла  количество электронов с кинетической энергией, большей работы выхода, увеличивается, поэтому из металла вылетает большее количество электронов. Испускание электронов из металлов  при его нагревании называют термоэлектронной эмиссией.

Для осуществления термоэлектронной эмиссии в качестве оного из электродов используют тонкую проволочную нить из тугоплавкого металла (нить накала). Подключенная  к источнику тока нить раскаляется и с ее поверхности  вылетают электроны.

Вылетевшие электроны попадают в электрическое поле между двумя электродами и начинают двигаться направленно, создавая электрический ток.

Явление термоэлектронной эмиссии лежит  в основе принципа действия электронных ламп:  вакуумного диода, вакуумного триода.

                  Вакуумный диод                                            Вакуумный триод

Вольт-амперная характеристика вакуумного диода.

Зависимость силы тока от напряжения выражена  кривой ОАВСD.

При испускании электронов катод приобретает положительный заряд и поэтому удерживает возле себя электроны.  При отсутствии электрического поля между катодом и анодом, вылетевшие электроны образуют у  катода электронное облако.

По мере увеличения напряжения между анодом и катодом большее количество электронов устремляется к аноду, а следовательно сила тока увеличивается. Эта зависимость выражена участком графика ОАВ. Участок АВ является характеризует прямую зависимость  силы тока от напряжения, т.е. в  интервале напряжений U1 — U2 выполняется закон Ома.

Нелинейная зависимость на участке ВСD объясняется тем, что число электронов, устремляющихся к аноду, стает больше числа электронов, вылетающих с катода.

При достаточно большом  значении напряжения U3 все электроны, вылетающие с катода, достигают анода, и электрический  ток достигает насыщения.

Так же в качестве источника заряженных частиц можно использовать радиоактивный препарат, испускающий α-частицы.Под действием сил электрического поля α-частицы будут двигаться, т.е. возникнет электрический ток.

Таким образом, электрический ток в вакууме может быть создан упорядоченным  движением любых заряженных частиц (электронов, ионов).

Электрический ток в полупроводниках.

Полупроводники — вещества, удельное сопротивление которых убывает с увеличением температуры и зависит от наличия примесей и  изменения освещенности. Удельное сопротивление проводников при комнатной температуре находится в интервале от 10-3 до 107 Ом •м.  Типичными представителями полупроводников являются кристаллы германия и кремния.

В этих кристаллах атомы соединены между собой ковалентной связью. При нагревании ковалентная связь нарушается, атомы ионизируются. Это обуславливает  возникновение свободных электронов и «дырок»- вакантных положительных мест с недостающим электроном.

При этом электроны соседних атомов могут занимать вакантные места, образуя «дырку»  в соседнем атоме. Таким образом не только  электроны, но и «дырки» могут перемещаться по кристаллу. При помещении такого кристалла в электрическое поле электроны и дырки придут в упорядоченное движение — возникнет электрический ток.

Собственная проводимость.

В чистом кристалле электрический  ток создается равным количеством электронов и «дырок». Проводимость, обусловленную движением свободных электронов и равного им количества «дырок» в полупроводниковом кристалле  без примесей, называют собственной проводимостью полупроводника.

При повышении  температуры собственная проводимость полупроводника увеличивается, т.к. увеличивается число свободных электронов и «дырок».

Примесная  проводимость.

Проводимость проводников зависит от наличия примесей. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорная примесь — примесь с большей валентностью. Например, для четырехвалентного кремния донорной примесью является пятивалентный мышьяк. Четыре валентных электрона атома мышьяка участвуют в создании ковалентной связи, а пятый  станет электроном проводимости.

При нагревании  нарушается ковалентная связь,  возникают  дополнительные   электроны проводимости  и «дырки».

Поэтому в кристалле количество свободных электронов преобладает над количеством «дырок». Проводимость такого проводника является электронной, полупроводник является полупроводником n-типа.

  Электроны являются основными носителями заряда, «дырки» — неосновными.

Акцепторная  примесь — примесь с меньшей валентностью. Например, для четырехвалентного кремния акцепторной примесью является трехвалентный индий. Три валентных электрона атома индия участвуют в создании ковалентной связи с тремя атомами кремния, а на месте четвертой  незавершенной ковалентной связи образуется «дырка». 

При нагревании  нарушается ковалентная связь,  возникают  дополнительные   электроны проводимости  и «дырки».

Поэтому в кристалле количество «дырок» преобладает над количеством свободных электронов. Проводимость такого проводника является дырочной, полупроводник является полупроводником p-типа.

  «Дырки» являются основными носителями заряда, электроны — неосновными.

p-n переход.

 При контакте полупроводников p-типа и  n-типа через границу происходит диффузия электронов из n-области в p-область и «дырок» из p-области в n-область. Это приводит к возникновению запирающего слоя, препятствующего дальнейшей диффузии.  p-n переход обладает односторонней проводимостью.

При подключении p-n перехода к источнику тока так, чтобы p-область была соединена с положительным полюсом , а  n-область — с отрицательным полюсом, появляется  движение основных носителей зарядов через контактный слой. Этот способ подключения называют включением в прямом направлении.

При подключении p-n перехода к источнику тока так, чтобы p-область была соединена с отрицательным  полюсом , а  n-область — с положительным полюсом, толщина запирающего слоя увеличивается, и движение основных носителей зарядов через контактный слой прекращается, но может иметь место движение неосновных зарядов через контактный слой. Этот способ подключения называют включением в обратном направлении.

Принцип действия полупроводникового диода  основан на свойстве односторонней проводимости  p-nперехода. Основное применение полупроводникового диода — выпрямитель тока.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Зависимость силы тока от напряжения выражена  кривой АОВ.

Ветвь ОВ соответствует пропускному направлению тока, когда ток создается основными носителями зарядов, и  при увеличении напряжения сила тока возрастает. Ветвь АО соответствует току, созданному неосновными носителями зарядов, и значения силы тока невелики.

Источник: https://www.sites.google.com/site/fizikaikt/spravocnik/elektriceskij-tok-v-razlicnyh-sredah

Biz-books
Добавить комментарий