• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Теоретичні відомості

Електричний струм у провідниках І роду (металах) зумовлений переміщен-ням під дією зовнішнього електричного поля так званих «вільних» електронів – електронів, слабо зв’язаних з іонами кристалічної решітки металу. Німецький фізик Г.Ом (1787 – 1854 ) експериментально встановив, що сила струму І, який тече по однорідному металевому провідникові (в якому не діють сторонні сили неелектричної природи), прямо пропорційний напрузі U і обернено пропорцій-ний електричному опору провідника R:

І = U/R .

Досліди показують, що при підвищенні температури опір металевих провід-ників зростає за лінійним законом:

R_t = R₀ ( 1 + ά tº),

де R_t та R₀ - відповідно опір провідника при t^оC та 0ºC, ά – температурний коефіцієнт опору (для чистих металів він близький до 1/273 град^-1).

Температурним коефіцієнтом опору металів (т.к.R) ά зветься відносна зміна опору провідника при його нагріванні на 1ºС:

ά = ( R_t - R₀ ) / ( R₀tº) .

Значення т.к.R деяких металів наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Зростання електричного опору металів при підвищенні температури пояснюєть-ся втратами енергії поля на зіткнення електронів провідності з іонами криста-лічної решітки металу, коливальний рух яких при підвищенні температури стає більш інтенсивним, і вірогідність таких зіткнень зростає.

При температурах нижче 20 К (-253ºC) деякі метали ( алюміній, свинець, цинк та інші) проявляють так зване явище надпровідності – різке падіння до нуля електричного опору . Пояснюється це явище на основі постулатів кванто-вої механіки.

Напівпровідники – це клас матеріалів, який займає за своїм опором та електропровідністю проміжкове положення між провідниками та ізоляторами. До них відносяться елементи ІУ,У,УІ групи Таблиці Менделєєва - кремній (Si) германій (Ge), арсен (As), селен (Se) та деякі сполуки (PbS , CdS , PbSe тощо).

Електропровідність цих матеріалів зумовлена наявністю в них двох типів вільних носіїв заряду: електронів ( е ) та дірок ( р ) і пояснюється за допомогою так званої зонної моделі електропровідності. Сутність цієї моделі полягає в тому, що для вільних носіїв заряду кожного напівпровідникового матеріалу існує набір «дозволених» і «заборонених»енергетичних рівнів, які створюють «Валентну зону», «Зону провідності» та «Заборонену зону» (рис.1).

Рис.1 Рис.2

При абсолютному нулі температур ( 0К) напівпровідники характеризуються повністю зайнятою електронами валентною зоною, що відділена від зони провідності порівняно вузькою забороненою зоною з шириною ΔЕ приблизно 1еВ (метали не мають забороненої зони енергій для електронів). При незначно-му підвищенні температури електрони з верхніх рівнів валентної зони напівпровідника можуть бути перекинуті на нижні рівні зони провідності (рис.2). При накладанні на кристал електричного поля електрони в ньому переміщуються проти поля і створюють електричний струм. В результаті таких переходів електронів у зону провідності одночасно у валентній зоні виникають вакантні стани, що отримали назву «дірок». Дірки рухаються за напрямком електричного поля, їхня зона провідності – валентна зона.

Таким чином, провідність напівпровідників ( а отже і опір ) залежить від концентрації вільних носіїв заряду. При звичайних температурах концентрація вільних електронів і дірок незначна , внаслідок чого напівпровідник за своєю провідністю близький до діелектриків. При підвищенні температури енергія електронів різко зростає і відповідно помітно збільшується інтенсивність генерації пар «електрон-дірка», що спричинює інтенсивне (за експоненціаль-ним законом ) збільшення провідності напівпровідника :

γ = γ₀ ехр (-ΔЕ /2kТ),

де γ – електропровідність при температурі Т, γ₀ – постійна , характерна для даного напівпровідника, ехр – основа натуральних логарифмів, k – постійна Больцмана. Електричний опір напівповідників зростає при нагріві і дуже чутливий до зміни температури, т.к.R деяких напівпровідників у сотні разів більший ніж у металів.

Переглядів: 770