1. А Цей закон отримується шляхом підстанови першого закону Фарадея у другий.

m = --- ---- q За допомогою його Фарадей визначив заряд електрона та заряд одного іона.

F n

Для розв’язку задач з даної теми ще знадобляться формули з розділу „Молекулярна фізика” та вираз для сили струму I = q / t .

Параграф 3. Електричний струм у напівпровідниках.

Речовини,що добре проводять електричний струм, мають в наявності вільні заряджені частинки, вони називаються провідниками. Речовини, що не проводять електричний струм – не мають вільних заряджених частинок і називаються – діелектриками. Але є речовини, що погано проводять електричний струм – це напівпровідники ( фарфор, кремній, германій тощо) . Довгий час на напівпровіники не звертали уваги. Але саме застосування напівпровідників дозволило зменьшити у розмірах електронні прилади і призвело до справжньої технічної революції у 60 – 80 х роках.

Напівпровідники бувають двох типів : n – тип ( від слова негативний) і р – тип (позитивний).

+ - - - n – тип напівпровідника має невелику(у порівнянні з металами)

+ - - кількість вільних електронів, які проводятьт електричний струм.

+ + + - + - - З підвищенням температури напівпровідника – його опір змень-

+ - шується тому, що стає більше електронів, які вириваються з

+ - - - верхніх орбіт атомів і стають провідними.(Згадаємо, що в мета-

+ + + - - - лах з підвищенням температури опір зростає зтої причини, що

збільшується тепловий рух молекул і провідним електронам

доводиться частійше зіштовхуватися з цими молекулами.

_ р – тип напівпровідників,навпаки, має недостатньо електронів

+ _ _ електронівна кожний атом. В такому середовищі електрони

+ _ можуть пересуватися тільки „перестрибуючи” з атома на

+ + + _ атом. Це виглядає так, ніби пересуваються не від’ємні заряди,

+ + _ а позитивні(хоч насправді, позитивні ядра атомів залишають-

+ _ ся на місці). Атом, в якому не вистачає електрона, називаєть-

+ + + - _ ся „дірка”, а такий тип провідності – „діркова провідність”.

+ _ Дірка переміщюється у напрямку протилежному руху елект-

тронів і цей напрямок збігається з напрямком сили струму І.

(Наприклад, якщо люди, що сидять в одному ряду у театрі,будуть пересуватися вліво, то вільні місця, що є між ними, будуть пересуватися в праву сторону ).

Типовим представником напівпровідника являється германій. Він може являти собою і n – тип

і р – тип напівпровідника. Для цього використовуються домішки. Якщо в германій додати трохи фосфору, то у напівпровіднику з’являються ще додаткові електрони провіності (в цьому випадку германій перетворюється у n – тип напівпровідника). Домішка, що збільшує кількість вільних електронів, називається донорна домішка. А, якщо в германій додати індій, то утворюються „дірки”, тобто індій зв’язує провідні та валентні електрони германію. (в цьому випадку германій являє собою

р – тип напівпровідника). Домішка, що викликає утворення „дірок” називається акцепторна.

Термістор – напівпровідник, опір якого суттєво змінюється при малому зменьшенні температури.

Фоторезстор – змінює опір в залежності від освітленості.(Використовуються для автоматичного включення вуличних ліхтарів, коли настає вечір).

Параграф 4. Діод. Транзистор.

Діод – це елемент електросхеми, що пропускає електричний струм в одну сторону. Діод складається з двох напівпровідників n – типу і р – типу. На схемі позначається

І

n – тип р – тип

Електрони можуть без перешкод пройти з р – типу

напівпровідника у n – тип. (не забуваємо, що напря-

мок сили струму не збігається з напрямком руху

електронів). Коли ж напругу подано у протилежному

напрямку, то на межі, що розділяє n – тип і і р – тип

утворюється скупчення електронів, які не можуть

n – тип р – тип пройти в р – тип напівпровідника, тому що в ньому

вони можуть рухатися тільки стрибаючи з „дірки” на

„дірку”, а біля n-p переходу усі позитивні дірки вияв-

ляються зайняті(тобто всі атоми достатню кількість

електронів і являються нейтральними). Тобто елек-

трони утворюють запираючий шар.

І запираючий шар

Транзистор – це елемент електросхеми, що керує великим струмом за допомогою малого і навпаки.Транзистор складається з трьох напівпровідників n-p-n або p-n-p типів.Умовне позначення:

колектор колектор

база база

емітер p-n-p – працює на підсилення емітер n-p-n – працює на зменьшен-

сигналу . ня сигналу.

колектор емітер Зрозуміти як працює транзистор дуже важко.В дано-

Р n Р му курсі фізики вивчаються тільки його функції. Од-

нією з задач транзистора є – підсилення слабкого

база сигналу.

Н априклад, радіоприймач (або мобільний телефон) спіймав радіосигнал,

який несе інформацію (розмову людини тощо). Енергії цього сигналу

н едостатньо, щоб пускати його на динаміки. Сигнал необхідно підси-

лити, тобто збільшити його амплітуду, при цьому зберегти частоту та

співвідношення амплітуд, інакше сигнал втратить інформацію, яку несе.

На малюнку зображено підсилений сигнал (червона лінія).Щоб підсили-

ти сигнал, енергію беруть з джерела живлення (з електромережі, з бата-

рейки) і це джерело живлення повинно вмикатися і вимикатися з тою ж

частотою, в тому ж напрямку, що і слабкий сигнал (струм). Джерелом

живлення і керує транзистор, виходячи з інформації, яку отримує від

малого струму.Транзистори стоять на вході і на виході з мікросхем. Тоб-

то всі процеси та обробка інформації відбуваються на мікротоках зав-

дяки транзисторам.

В p-n-p транзисторі, який працює на підсилення сигналу, малий струм подається на базу, емітер (на схемі позначається стрілкою) з’єднується з батарейкою а колектор з’єднується з приладом, на який йде підсилений сигнал. Взагалі в електросхемах є багато варіантів підключення транзистора.

Параграф 5. Розв’язок задач.

1. Який час тривав електроліз, якщо на аноді утворився шар нікелю масою 1,8 г ? Сила струму – 2 А.

2. За 20 хвилин при силі струму 0,5 А маса катоду, на якому осіла мідь, змінилася від 70,4 г до 70,58г. Який електрохімічний еквівалент міді?

3. Опір розчину мідного купоросу з підвищенням температури на 1К зменьшився на 2%. У скільки разів зміниться маса міді, що осідає на катоді за одиницю часу,якщо температура збільшиться на 5К ?

4. Порівняти маси трьохвалентного заліза і двохвалентного магнію, які виділяються на катодах при послідовному з’єднанні електролітичних ван. о

5. Яку енергію необхідно витратити для отримання 2,5 л водню при температурі 25 С і тиску 100кПа, якщо лектроліз відбувається при напрузі 5В, а ККД складає 75% ?

6. Деталь необхідно покрити шаром хрому товщиною 50мкм. Скільки часу знадобиться для покриття,

2

якщо густина струму 2 кА/м ? Густина струму – це відношення сили струму І до площі поперечного

перерізу провідника S. [ j = I / S ]. 9 3

7. Чому дорівнює сила струму в газі, якщо при розряді за кожну секунду утворюється 10 пар іонів в 1см ,

2

площа кожного з двох паралельних електродів 100 см , а відстань між ними 5 см ?

7. Плоский когденсатор підключено до джерела напругою 6 кВ. При якій відстані між пластинами відбудеться пробій дієлектрика, якщо іонизація повітря починається з напруженості 3 МВ/м ?

8. Блискавка являє собою преривчастий розряд, який складається з окремих імпульсів тривалістю 1мс. Заряд, що проходить через один імпульс дорівнює 20 Кл. Напруга на кінцях блискавки – 2 ГВ. Яка сила струму та потужність одного імпульса блискавки?

9. Електрон підійшов до катоду із швидкістю 8 Мм/с. Яка напруга між анодом і катодом?

10. За який час електронн пройде відстань 30 см з прискоренням між анодом і катодом при напрузі 16 кВ?

11. Електрон, що має кінетичну енергію Wk = 8 кеВ рухається між двома пластинами конденсатора довжиною d = 2 см. Яка напруга на пластинах конденсатора, якщо електрон на виході змістився на 0,8см?

45