Ładunki puszczamy w ruch. Wykład 12
|
|
- Ignacy Komorowski
- 6 lat temu
- Przeglądów:
Transkrypt
1 Ładunki puszczamy w ruch. Wykład 12 Prawa przepływu prądu stałego Podstawowe definicje dla prądu elektrycznego Elektrony w ciałach stałych pasma energetyczne Prawo Ohma Opór elektryczny Nadprzewodnictwo Mikroskopowa postać prawa Ohma Obwody. Praca i moc prądu elektrycznego Prawa Kirchhoffa Łączenie oporników Kondensatory Fot. Fotolia 1
2 Prąd elektryczny - definicje Podstawowe definicje dla prądu elektrycznego Dotychczas były rozpatrywane zjawiska związane z nieruchomymi ładunkami elektrycznymi. Obecnie będziemy rozpatrywać ładunki w ruchu - zajmiemy się prądem elektrycznym. Nośnikami ładunku w metalu (np. drut miedziany) są poruszające się swobodnie (nie związane z poszczególnymi atomami) elektrony tzw. elektrony przewodnictwa. Bez pola elektrycznego te elektrony poruszają się (dzięki energii cieplnej) przypadkowo we wszystkich kierunkach. Elektrony swobodne zderzają się z atomami (jonami) przewodnika zmieniając swoją prędkość i kierunek ruchu zupełnie tak jak cząsteczki gazu zamknięte w pojemniku. Rys. Chaotyczny ruch cieplny elektronów (strzałki szare) i uporządkowany ruch elektronów w polu elektrycznym (strzałki czerwone). Rys. źródło: Elektrony w swoim chaotycznym ruchu cieplnym przechodzą przez tę powierzchnię w obu kierunkach i wypadkowy strumień ładunków przez tę powierzchnię jest równy zeru. Przez przewodnik nie płynie prąd. Ruchowi chaotycznemu nie towarzyszy przepływ prądu. 2
3 Prąd elektryczny Przyłożenie napięcia U (rys.) pomiędzy końce przewodnika,wytwarza pole elektryczne E, które działa siłą elektrostatyczną na ładunki, powodując ich ruch w określonym kierunku. Ruch chaotyczny każdego elektronu zostaje zmodyfikowany. W przewodniku płynie prąd elektryczny. Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków. Na rys. zaznaczona jest prędkość ruchu elektronów (strzałki czerwone),uzyskana dzięki przyłożonemu polu elektrycznemu. 3
4 . Podstawowe definicje dla prądu elektrycznego Kierunek przepływu prądu zależy od kierunku ruchu oraz od znaku przemieszczających sie ładunków. Przyjmuje się, ze prąd płynie od punktu (punktów) o wyższym potencjale do punktu (punktów) o niższym potencjale. Zatem umowny kierunek przepływu prądu jest zgodny z kierunkiem ruchu ładunków dodatnich. Dla określenia wielkości prądu wprowadza sie pojecie NATĘŻENIA (I): I dq dt 1C 1 A (12.1) 1 s I, to zmiana ilości ładunku, przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika S, do czasu jego przepływu. Jednostką nateżenia jest amper (1A). W przypadku, gdy płynący prąd jest stały powyższe równanie sprowadza się do prostego ilorazu: (12.2) I Q t natężenie prądu jest równe ilorazowi ładunku elektrycznego, jaki przepłynął przez powierzchnię, do czasu przepływu. 4
5 . Podstawowe definicje dla prądu elektrycznego Definicja -gęstość prądu ( j ). Poprzednie równania j d I ds (12.3) 5
6 12.2. Elektrony w ciałach stałych pasma energetyczne Struktura ciała stałego Ciało stałe jest to zbiór atomów znajdujących się blisko siebie w położeniach równowagi. Atomy te wykonują drgania wokół swych położeń równowagi, a amplituda tych drgań zależy od temperatury. Ze względu na uporządkowanie atomów ciała stałe można podzielić na: krystaliczne, o uporządkowanym ułożeniu atomów lub molekuł tworzącym regularny wzór zwany siecią krystaliczną polikrystaliczne, zbudowane z bardzo wielu malutkich kryształków, amorficzne, wykazujące brak uporządkowania, np. szkła Ograniczmy się do ciał krystalicznych! 6
7 Elektrony w ciałach stałych pasma energetyczne W ciele stałym, poziomy energetyczne elektronów ulegają rozszczepieniu, tworząc pasma energii dozwolonych rozdzielone pasmami zabronionymi. Elektrony mogą posiadać wyłącznie energie leżące w zakresie pasm dozwolonych. Poziomy walencyjne tworzą pasmo walencyjne lub inaczej pasmo podstawowe, a powyżej tego pasma utworzone zostaje pasmo przewodnictwa. Pasma te rozdzielone są pasmem wzbronionym, nazywanym przerwą energetyczną Eg. 7
8 Elektrony w ciałach stałych Izolatory oprzewodnictwo prądu elektrycznego związane jest z obecnością elektronów w paśmie przewodnictwa. Jeżeli w danym materiale pasmo to jest puste, a pasmo walencyjne pełne, to taki materiał jest izolatorem (Rys.1a). o W paśmie przewodnictwa w izolatorach nie ma elektronów, a pasmo walencyjne jest całkowicie zapełnione - nawet w wyższych temperaturach. Wartość przerwy wzbronionej pomiędzy pasmem przewodnictwa i pasmem walencyjnym jest bardzo duża (Eg > 5 ev) i wzrost energii elektronu spowodowany wzrostem temperatury nie może spowodować jego przejścia z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Brak elektronów w paśmie przewodnictwa jest powodem braku przepływu prądu w izolatorach. 8
9 Elektrony w ciałach stałych Przewodniki Przewodnikami są ciała, w których istnieją tzw. ładunki swobodne mogące poruszać się wewnątrz tych ciał. Typowymi przedstawicielami przewodników są metale - pierwiastki, których atomy posiadają jeden lub dwa elektrony na zewnętrznych powłokach elektronowych zwanych powłokami walencyjnymi. Elektrony walencyjne uwalniają się od swoich atomów przy łączeniu się takich atomów w większe zespoły, i nie zajmują określonych miejsc w sieci krystalicznej, lecz mogą poruszać się swobodnie między zjonizowanymi atomami metalu. W związku z tym, nazywamy je elektronami swobodnymi lub elektronami przewodnictwa. Pasmo przewodnictwa jest zapełnione częściowo. W temperaturze wyższej od 0K elektrony mogą obsadzać wyższe poziomy energetyczne w paśmie przewodnictwa i pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego elektrony mogą się rozpędzać. W ten sposób zachodzi przepływ prądu elektrycznego. 9
10 Elektrony w ciałach stałych Przewodnictwo właściwe metali opisuje wzór: (12.4) Gdzie: e- oznacza ładunek nośnika prądu, n - koncentrację, μ ruchliwość nośników. Koncentracja określa liczbę nośników w jednostce objętości natomiast ruchliwość jest to prędkość, jaką uzyskuje nośnik ładunku pod działaniem jednostkowego pola elektrycznego. Przewodnictwo elektryczne metali 10
11 Elektrony w ciałach stałych -metale Prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w stanie o energii E opisuje funkcja Fermiego-Diraca: gdzie: E FD jest energią (poziomem) Fermiego. (12.5) Dla T = 0 funkcja rozkładu Fermiego- Diraca ma wartość 1 dla energii 0 < E < E F i 0 dla energii powyżej EF. W bardzo niskich temperaturach dominuje rozpraszanie na niedoskonałościach sieci, co daje oporność resztkową. Ze wzrostem temperatury koncentracja elektronów nie wzrasta lecz zwiększają się drgania sieci krystalicznej rośnie koncentracja fononów. Powoduje to zwiększanie rozpraszania i zmniejszenie ruchliwości, a tym samym spadek przewodnictwa (wzrost oporności) wraz ze wzrostem temperatury. 11
12 Elektrony w ciałach stałych Półprzewodniki Rys. Tworzenie pary nośników elektron dziura w półprzewodniku W półprzewodniku w temperaturze zera bezwzględnego pasmo walencyjne jest całkowicie zajęte elektronami, a pasmo przewodnictwa całkowicie puste. Ze wzrostem temperatury w paśmie przewodnictwa pojawiają się elektrony, a w paśmie walencyjnym puste miejsca po elektronach, tzw. dziury. W półprzewodniku mamy jednocześnie prąd elektronów i dziur. Jeżeli ilość dziur w paśmie walencyjnym równa jest ilości elektronów w paśmie przewodnictwa p = n, to półprzewodnik taki jest półprzewodnikiem samoistnym. Jeżeli występuje przewaga elektronów w paśmie przewodnictwa lub przewaga dziur w paśmie walencyjnym, to półprzewodnik taki nazywa się półprzewodnikiem domieszkowym. 12
13 Półprzewodniki samoistne Półprzewodniki samoistne (np. Si, Ge). Pierwiastki te należą do IV grupy układu okresowego. Uwolniony elektron może brać udział w przewodzeniu prądu. Jednym ze sposobów dostarczenia energii elektronom jest zwiększenie energii termicznej poprzez podwyższenie temperatury kryształu. Wartość energii aktywacji E wyrażana jest w elektronowoltach: 1 ev = 1, J 13
14 Prąd elektryczny w półprzewodnikach Rys. Tworzenie pary nośników elektron dziura w półprzewodniku W przewodzeniu prądu w półprzewodniku uczestniczą nie tylko elektrony swobodne. W wyniku oderwania się elektronu od atomu powstaje wolne miejsce, tzw. dziura, która łatwo może być zapełniona przez elektron z sąsiedniego wiązania. W efekcie dziury przemieszczają się w stronę przeciwną do ruchu elektronów, zachowują się więc jak swobodne ładunki dodatnie. Jeśli mamy do czynienia z półprzewodnikiem czystym i bez defektów wewnętrznych, to koncentracja dziur i elektronów swobodnych jest taka sama i przewodnictwo, w tym przypadku, nazywane jest przewodnictwem samoistnym. Koncentracja nośników samoistnych w półprzewodniku jest niewielka i ulega istotnej zmianie ze zmianą warunków zewnętrznych, takich jak temperatura czy oświetlenie. Dla krzemu: 14
15 Półprzewodniki domieszkowane Rys. Schemat energetyczny półprzewodnika zawierającego dwa rodzaje domieszek. Liczbę dziur lub elektronów w półprzewodnikach możemy bardzo łatwo zwiększyć nie tylko przez zmianę warunków zewnętrznych, ale także przez odpowiednie domieszkowanie kryształu. Jeśli wprowadzimy do czterowartościowego półprzewodnika niewielką ilość pierwiastka pięciowartościowego (jak fosfor, antymon), zwiększamy liczbę elektronów swobodnych. Taki półprzewodnik jest półprzewodnikiem typu n, a zjonizowane atomy domieszkowe dostarczające jeden elektron nazywane są donorami. Obecność atomów trójwartościowych (jak bor, aluminium) w germanie lub krzemie powoduje zwiększenie liczby dziur, ponieważ atomy takie mają trzy elektrony walencyjne, które utworzą wiązania tylko z trzema elektronami atomu germanu lub krzemu. Czwarte wiązanie pozostanie niepełne tworzy dziurę, która może być łatwo zapełniona przez elektron z sąsiedniego atomu Ge lub Si. Taki półprzewodnik jest półprzewodnikiem typu p, a atomy domieszkowe zwiększające liczbę dziur nazywamy akceptorami. 15
16 Półprzewodniki typu n Rys. Schemat struktury krzemu z domieszkowym atomem arsenu. Półprzewodnik typu n 16
17 Elektrony w ciałach stałych Przewodnictwo właściwe półprzewodnika, w którym koncentracja elektronów swobodnych i dziur wynosi odpowiednio ρ e i ρ p przedstawione jest wzorem: (12.6) gdzie:, są to ruchliwości elektronów i dziur. Zależność koncentracji elektronów i dziur od temperatury w półprzewodniku 17
18 Przewodnictwo elektryczne ciał stałych Prawo Ohma (dla U = const.) Jeżeli do przewodnika przyłożymy stałe napięcie U (różnicę potencjałów ΔV), to przez przewodnik płynie prąd, którego natężenie I jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia. Otrzymana zależność, to PRAWO OHMA ( z 1826r.) U const. (12.7) I Stosunek napięcia przyłożonego do przewodnika do natężenia prądu przepływającego przez ten przewodnik jest stały. 18
19 Definicja oporu elektrycznego Iloraz : (12.8) R U I S nazywamy oporem elektrycznym (R) danego przewodnika. Opór prostoliniowego przewodnika z prądem Załóżmy, że różnica potencjałów V V B V a dzieli końce przewodnika, co generuje pole elektryczne w przewodniku o natężeniu E i przepływ prądu o natężeniu I. Jeżeli pole jest jednorodne, to: Zwiążemy teraz opór właściwy ( ) z oporem R: Ostatecznie: (12.11) V l R S V B V a b a E dl E l (12.9) E j ( V / l) ( I / S) R S l - opór prostoliniowego przewodnika z prądem. (12.10) 19
20 Rezystywność Definicja oporu właściwego ( ). W wielu przypadkach, tak jest w metalach, wektor gęstości prądu ( ) jest proporcjonalny do natężenie pola elektrycznego (E), które oddziaływuje j na nośniki prądu elektrycznego znajdujące się w objętości przewodnika, wtedy: E j (12.12) i określa definicję oporu właściwego ( ). Wielkość ta charakteryzuje materiały pod względem przewodnictwa elektrycznego. Definicja Odwrotność oporu właściwego, to konduktywność ( 1 j E stąd, 1S ( A/ m 2 ) ( N / C), przewodnictwo właściwe): ( A/ m 2 ) ( V / m) Jednostką przewodnictwa jest simens (1S) Powyższe równanie nosi nazwę mikroskopowego prawa Ohma. Materiał spełniający to prawo nazywamy opornikiem ohmowym. E j, [ ] [1 m] A V m (12.13) 20
21 Rezystywność Wielkością charakteryzującą zdolność substancji do przewodzenia prądu jest jej opór właściwy ρ. Ze względu na wielkość oporu właściwego wszystkie substancje dzielą się na: 21
22 ZALEŻNOŚĆ OPORU OD TEMPERATURY. A. DLA PRZEWODNIKÓW. R( T) R0 R0T (12.14) gdzie: R0 oznacza opór w temperaturze 0 C=273K, α- temperaturowy wsp. oporu ele. T T T 0 różnicę temperatur w skali Kelvina. nadprzewodnik ρ0 Temp. Tk krytyczna Rys. Zależność oporu właściwego (ρ) od temperatury dla różnych materiałów, ρ0 - oporność resztkowa (zależna od rodzaju i koncentracji defektów stałych). 22
23 ZALEŻNOŚĆ OPORU OD TEMPERATURY B. DLA PÓŁPRZEWODNIKÓW Zależność oporu półprzewodnika od temperatury jest nieliniowa i można przedstawić następująco: E R( T) Ae 2kT (12.15) gdzie: A - wielkość stała ( współczynnik proporcjonalności); ΔE = Eg/2, to energia aktywacji. Jest energią potrzebną do przeniesienia elektronu do pasma przewodnictwa. Eg przerwa energetyczna; T -temperatura w skali Kelvina; k- stała Boltzmanna. W półprzewodniku samoistnym energia aktywacji E równa jest szerokości przerwy wzbronionej. W półprzewodnikach domieszkowych E określa bezwzględną wartość odległości energetycznej poziomu donorowego od pasma przewodnictwa lub poziomu akceptorowego od pasma walencyjnego. 23
24 12.4. Nadprzewodnictwo Rys. Wykres zależności oporu elektrycznego od temperatury dla czystej rtęci uzyskany przez Heike Kamerlingh Onnes a. Odkryte w 1911r. przez Heike Kamerlingh Onnes a ( ) podczas badania oporu elektrycznego rtęci w niskich temperaturach (Nagroda Nobla w 1913). Poniżej temperatury krytycznej 4,2 K opór elektryczny spada do zera. Zerowy opór oznacza, że elektrony płyną przez nadprzewodnik bez strat energii - prąd wzbudzony w nadprzewodzącym pierścieniu płynie przez wiele lat bez dodatkowego zasilania. Nadprzewodnictwo Materiał, w którym całkowicie zanika opór elektryczny staje się nadprzewodnikiem. Nadprzewodnik jest też doskonałym diamagnetykiem - to znaczy, że jeżeli znajdzie się w polu magnetycznym, to nie będzie ono wnikać do jego wnętrza. 24
25 Nadprzewodnictwo Nadprzewodnictwo - Zjawisko Meissnera Jeżeli nadprzewodnik ochłodzony do temperatury niższej od temperatury T k zostanie umieszczony w polu magnetycznym, to linie indukcji magnetycznej nie przenikają przezeń, ale go omijają. W warstwie powierzchniowej nadprzewodnika pojawi się prąd elektryczny o natężeniu takim, by wytworzyć pole magnetyczne kompensujące to docierające z zewnątrz, z magnesu. Powstaje wtedy poduszka magnetyczna utrzymująca magnes nad nadprzewodnikiem lub nadprzewodnik nad magnesem. Mówimy wtedy o efekcie lewitacji. 25
26 Nadprzewodnictwo 26
27 Nadprzewodnictwo 27
28 Gęstość prądu, a natężeniem pola elektrycznego w przewodniku Mikroskopowa postać prawa Ohma 1 (12.16) j E, E j (12.17) (12.18) (8.10) (8.11) 28
29 PRACA I MOC PRĄDU PRACA I MOC PRĄDU ELEKTRYCZNEGO Rozpatrzmy zamknięty układ elektryczny przedstawiony na rysunku. I U Układ zawiera opór R. Napięcie między okładkami baterii wynosi U V V b V a 0. Niech ładunek dq zostanie przemieszczony przez baterię, to praca wykonana przez napięcie U, przy przesunięciu tego ładunku wynosi: dw U dq U I dt (12.19) 29
30 PRACA I MOC PRĄDU Całkowita praca wykonana w czasie t będzie równa: W t t dw 0 0 U I dt U I t (12.20) Praca ta zamienia się w ciepło i jest to ciepło Joula-Lenza. Z drugiej strony ten sam ładunek płynący przez opornik w obwodzie traci swoją energię wskutek zderzeń z atomami opornika. Jeżeli zaniedbamy oporność baterii i przewodów Łączących, to płynący ładunek nie traci dodatkowo energii. Zatem strata energii ładunku dq wynosi: P dw dt U I I 2 R 2 U R (12.21) Otrzymany wzór określa także moc dostarczaną obwodowi przez baterię! Definicja Moc prądu: P dw dt U I (12.22) 30
31 Siła elektromotoryczna Siła elektromotoryczna (SEM). Do wytworzenia prądu stałego niezbędne jest urządzenie, utrzymujące stałą różnicę potencjałów miedzy końcami przewodnika. Źródło energii - np.: bateria, akumulator, prądnica, komórka fotowoltaiczna płynącej w każdym obwodzie elektrycznym nazywane jest źródłem siły elektromotorycznej (SEM). Mówimy o źródle tej energii jako o pompie ładunków, która powoduje przemieszczanie się ładunków elektrycznych z punktu o mniejszym potencjale do punktu o potencjale wyższym. Przypomnijmy, że prąd elektryczny płynie od punktów o wyższym potencjale do punktów o potencjale niższym. Wartość siły elektromotorycznej ( ε ), definiuje się za pomocą wzoru: Jednostką siły elektromotorycznej jest wolt (V). (12.23) Siła elektromotoryczna (ε) określa więc pracę konieczną do przeniesienia jednostkowego ładunku w kierunku rosnącego potencjału. 31
32 Siła elektromotoryczna Użyteczne prawa i zależności dla obwodu zamkniętego. Rozpatrzymy teraz obwód elektryczny przedstawiony na rys. Załóżmy najpierw, że bateria ma zerowy opór wewnętrzny oraz, że różnica potencjałów między dodatnim i ujemnym jej zaciskiem jest równa Oznacza to, że (12.24) Uruchomienie przepływu prądu w obwodzie elektrycznym jest wynikiem procesu zamiany energii chemicznej na elektryczną. Zauważmy, że SEM to ilość energii chemicznej potrzebnej do uwolnienia jednostkowego ładunku elektrycznego. Proces ten zachodzi w baterii. Ze względu na zachowawczy charakter pola elektrostatycznego praca W potrzebna do przemieszczenia ładunku po krzywej zamkniętej, tj. po obwodzie zamkniętym wynosi zero. (12.25) 32
33 Siła elektromotoryczna Rozważmy pkt. a na poniższym schemacie. Obchodzimy obwód zamknięty zgodnie z ruchem wskazówek zegara zaczynając od punktu a. Przejście przez SEM oznacza wzrost potencjału o wartość ε. Przejście przez rezystor oznacza spadek napięcia równy U V I R Jeśli opory przewodników i opór wewnętrzny zaniedbamy, to (12.26) stąd: (12.27) 33
34 W rzeczywistości bateria ma Siła niezerowy elektromotoryczna opór elektryczny, więc rzeczywisty obwód ma postać: Różnica potencjałów na zaciskach baterii jest teraz równa: (12.28) Ponieważ pole jest zachowawcze, otrzymujemy PRAWO OHMA DLA UKŁADU ZAMKNIĘTEGO: (12.29) Graficznie spadek napięcia w powyższym obwodzie (rys ). Zauważmy, że najwyższy potencjał ma w obwodzie dodatni zacisk baterii. i (12.30) Moc prądu w obwodzie zamkniętym wynosi: (12.31) 34
35 Prawa elektryczności Prawa Kirchhoffa W przypadku złożonych obwodów elektrycznych w celu obliczenia płynących w nich prądów i napięć na ich elementach wygodnie jest korzystać z praw Kirchhoffa. W każdym obwodzie możemy wyróżnić tzw. węzły i oczka. Przez węzeł rozumiemy punkt połączenia co najmniej trzech przewodów (rys.) n i1 n I i I j1 j 0 (12.32) Rys. 1. Rozgałęzienie prądu (do I prawa Kirchhoffa). 35
36 Część IV. Elektromagnetyzm (12.33) n i n I i R i 0 i1 i1 Rys.2. Oczko prądu - dowolnych zamkniętych fragmentów obwodu -rys. ). WNIOSEK: Uogólnione prawo Ohma stanowi szczególny przypadek drugiego prawa Kirchhoffa. 36
37 UMOWNE KIERUNKI OBCHODZENIA OBWODÓW: Przy stosowaniu II prawa Kirchhoffa należy przestrzegać określonej konwencji, dotyczącej znaków prądów i sił elektromotorycznych. A) Zwykle wybiera się w dowolny sposób kierunku obiegu oczka (zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie). Prąd o kierunku zgodnym z kierunkiem obiegu oczka przyjmujemy za dodatni, w przeciwnym przypadku za ujemny. B) Siłę elektromotoryczną uważamy za dodatnią, jeżeli powodowałaby ona przepływ prądu w kierunku zgodnym z kierunkiem obiegu oczka, a za ujemną w przeciwnym przypadku. Przykład Zastosowanie praw Kirchhoffa do obwodu przedstawionego na rys. 2. I 1R1 I2R2 I3R3 I4R Rys
38 12.8. ŁĄCZENIE OPORNIKÓW Część IV. Elektromagnetyzm W wielu sieciach mamy do czynienia z wieloma opornikami połączonymi równolegle lub (i) szeregowo. Często musimy znaleźć oporność zastępczą układu szeregowo lub równolegle połączonych oporników. Na podstawie praw Kirchhoffa można łatwo otrzymać wzory, określające wypadkowy opór przewodników, a) Łączenie szeregowe oporników Przykład (tablica). Wyznaczyć opór zastępczy dla dwóch oporników połączonych szeregowo. b) Łączenie równoległe oporników: R N i R i (12.34) Przykład (tablica). Wyznaczyć opór zastępczy dla dwóch oporników połączonych równolegle. 1 R N i 1 Ri (12.35) 38
39 12.9. Kondensatory i dielektryki Pojemność elektryczna kondensatora Układ dwóch przewodników ( lub płytek),odizolowanych wzajemnie oraz od otoczenia, który może gromadzić ładunek elektryczny, przy przyłożonej różnicy potencjałów, nazywamy kondensatorem (rys.), a te przewodniki okładkami kondensatora. Rysunek przedstawia kondensator płaski, w którym przewodniki (okładki) stanowią dwie równoległe płytki przewodzące o polu powierzchni S. Podłączona bateria transportuje ładunki z jednej płyty kondensatora na drugą, dopóki napięcie między płytami kondensatora nie zrówna się z napięciem baterii. Naładowany kondensator: są to dwie płytki (okładki) naładowane identycznym ładunkiem co do wartości, lecz o przeciwnym znaku, tj. +q i q; q reprezentuje bezwzględną wartość ładunku. 39
40 Kondensatory Wielkością charakteryzującą kondensator jest jego pojemność, którą definiujemy następująco: [1F ]=[ 1C/1V]. (12.36) Pojemnością elektryczną nazywamy stosunek ładunku kondensatora do różnicy potencjałów (napięcia) między okładkami. Jednostką pojemności elektrycznej jest farad (F): Jeden farad jest wiec pojemnością przewodnika, na którym ładunek jednego kulomba wytwarza potencjał jednego volta. Farad jest stosunkowo dużą jednostką pojemności; w praktyce pojemność wyraża sie zwykle w podwielokrotnościach farada, np. mikrofaradach (1μF = F), nf, pf. Należy zauważyć, że stałej dielektrycznej próżni można przypisać wymiar: (7.2) Wartość : 40
41 Kondensatory Pojemność (C) zależy od: (a) kształtu, rozmiaru i wzajemnego położenia płytek (b) materiału który wypełnia przestrzeń pomiędzy płytkami. Podział kondensatorów : A) ze względu na konstrukcję : o elektrolityczne (dielektrykiem jest cienka warstwa tlenku, a osadzona elektrolitycznie na okładzinie dodatniej, drugą okładziną jest elektrolit); Zdj. Kondensatory stałe różnych typów i pojemnościach. Źródło: pl.wikipedia.org o poliestrowe - foliowe (dielektrykiem jest folia poliestrowa); o ceramiczne (dielektrykiem jest specjalna ceramika); o powietrzne (dielektrykiem jest powietrze). B) kształt okładzin: o płaski; ocylindryczny; o sferyczny; oizolowany przewodzący przedmiot (ziemia jest drugą okładką). droga całkowania Rys. Przekrój cylindrycznego kondensatora, źródło:h.r.w. Rys. 26.5, str
42 Kondensatory Obliczanie pojemności kondensatora płaskiego Rys. Kondensator płaski. źródło: Składa się on z dwóch przewodzących, równoległych płytek o powierzchni S każda, umieszczonych w odległości d << w porównaniu z liniowymi rozmiarami płytek (rys. ). Można przyjąć, ze pole elektryczne kondensatora jest w przybliżeniu równe sumie pól dwóch nieskończonych płaszczyzn, naładowanych różnoimiennie z gęstością powierzchniową (por. w. 10). Biorąc pod uwagę kierunki pola elektrycznego, Wytworzonego przez ładunki na każdej z okładek można stwierdzić, ze na zewnątrz kondensatora całkowite natężenie pola elektrycznego E = 0 a miedzy okładkami kondensatora natężenie pola jest dwukrotnie większe, niż w przypadku pojedyncze naładowanej płaszczyzny: (12.37) 42
43 Kondensatory (12.38) (12.39) (12.40) Zauważmy, że pojemność zależy od kształtu okładek, ich rozmiaru i wzajemnego położenia. Oznacza to, że dla kondensatorów o innej geometrii obowiązują inne wzory. Równanie powyższe obowiązuje dla kondensatora płaskiego znajdującego się w próżni. Zależność pojemność kondensatora od przenikalności elektrycznej ośrodka omówimy później. 43
44 Kondensatory ENERGIA KONDENSATORA dw U dq CU du (12.41) E C U 0 U du 1 2 CU QU 2 Q 2C (12.42) Łączenie kondensatorów A) Łączenie równoległe kondensatorów C N C i i (12.43) 44
45 Kondensatory B) Łączenie szeregowe kondensatorów 1 C N i 1 C i (12.44) Przykład. 45
46 Kondensatory 1 X C C (12.46) I U X C (12.45) 46
47 Własności materii a przenikalność elektryczna materiałów 47
48 Dziękuję za uwagę! 48
Ładunki puszczamy w ruch. Wykład 12
Ładunki puszczamy w ruch. Wykład 12 Prawa przepływu prądu stałego 12. 1. Podstawowe definicje dla prądu elektrycznego 12.2. Elektrony w ciałach stałych pasma energetyczne 12.3. Prawo Ohma 12.3.1.Opór elektryczny
Bardziej szczegółowoĆwiczenie 243 4.2. Badanie zależności temperaturowej oporu elektrycznego metalu i półprzewodnika
Nazwisko... Data... Nr na liście... Imię... Wydział... Dzień tyg.... Godzina... Ćwiczenie 243 4.2. Badanie zależności temperaturowej oporu elektrycznego metalu i półprzewodnika Tabela I. Metal Nazwa próbki:
Bardziej szczegółowoCzym jest prąd elektryczny
Prąd elektryczny Ruch elektronów w przewodniku Wektor gęstości prądu Przewodność elektryczna Prawo Ohma Klasyczny model przewodnictwa w metalach Zależność przewodności/oporności od temperatury dla metali,
Bardziej szczegółowoDielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych
Dielektryki Dielektryk- ciało gazowe, ciekłe lub stałe niebędące przewodnikiem prądu elektrycznego (ładunki elektryczne wchodzące w skład każdego ciała są w dielektryku związane ze sobą) Jeżeli do dielektryka
Bardziej szczegółowo1 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J
1 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J P R A C O W N I A P O D S T A W E L E K T R O T E C H N I K I I E L E K T R O N I K I Ćw. 1. Łączenie i pomiar oporu Wprowadzenie Prąd elektryczny Jeżeli w przewodniku
Bardziej szczegółowoElektryczne własności ciał stałych
Elektryczne własności ciał stałych Do sklasyfikowania różnych materiałów ze względu na ich własności elektryczne trzeba zdefiniować kilka wielkości Oporność właściwa (albo przewodność) ładunek [C] = 1/
Bardziej szczegółowoPrzewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki
Przewodność elektryczna ciał stałych Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki Elektryczne własności ciał stałych Do sklasyfikowania różnych materiałów ze względu na ich własności
Bardziej szczegółowoPrąd elektryczny - przepływ ładunku
Prąd elektryczny - przepływ ładunku I Q t Natężenie prądu jest to ilość ładunku Q przepływającego przez dowolny przekrój przewodnika w ciągu jednostki czasu t. Dla prądu stałego natężenie prądu I jest
Bardziej szczegółowoPodstawy fizyki wykład 8
Podstawy fizyki wykład 8 Dr Piotr Sitarek Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska Ładunek elektryczny Grecy ok. 600 r p.n.e. odkryli, że bursztyn potarty o wełnę przyciąga inne (drobne) przedmioty. słowo
Bardziej szczegółowośrednia droga swobodna L
PĄD STAŁY. Na czym polega przepływ prądu elektrycznego. Natężenie prądu i opór; źródła oporu elektrycznego 3. Prawo Ohma; temperaturowa zależność oporu elektrycznego 4. Siła elektromotoryczna 5. Prawa
Bardziej szczegółowoNatężenie prądu elektrycznego
Natężenie prądu elektrycznego Wymuszenie w przewodniku różnicy potencjałów powoduje przepływ ładunków elektrycznych. Powszechnie przyjmuje się, że przepływający prąd ma taki sam kierunek jak przepływ ładunków
Bardziej szczegółowoZjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne
Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego. Zadania elektroniki: Urządzenia elektroniczne
Bardziej szczegółowoSTAŁY PRĄD ELEKTRYCZNY
STAŁY PRĄD ELEKTRYCZNY Natężenie prądu elektrycznego Wymuszenie w przewodniku różnicy potencjałów powoduje przepływ ładunków elektrycznych. Powszechnie przyjmuje się, że przepływający prąd ma taki sam
Bardziej szczegółowoPodstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny
Podstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny Agnieszka Obłąkowska-Mucha AGH, WFIiS, Katedra Oddziaływań i Detekcji Cząstek, D11, pok. 111 amucha@agh.edu.pl http://home.agh.edu.pl/~amucha Prąd elektryczny
Bardziej szczegółowoWykład FIZYKA II. 2. Prąd elektryczny. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Wykład FIZYKA II 2. Prąd elektryczny Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/ UCH ŁADUNKÓW Elektrostatyka zajmowała się ładunkami
Bardziej szczegółowoMateriały pomocnicze 10 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej
Materiały pomocnicze 10 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej 1. Siła Coulomba. F q q = k r 1 = 1 4πεε 0 q q r 1. Pole elektrostatyczne. To przestrzeń, w której na ładunek
Bardziej szczegółowoPodstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny
Podstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny Agnieszka Obłąkowska-Mucha AGH, WFIiS, Katedra Oddziaływań i Detekcji Cząstek, D11, pok. 111 amucha@agh.edu.pl http://home.agh.edu.pl/~amucha Prąd elektryczny
Bardziej szczegółowoSTRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH
PODSTAWY TEORII PASMOWEJ Struktura pasm energetycznych Teoria wa Struktura wa stałych Półprzewodniki i ich rodzaje Półprzewodniki domieszkowane Rozkład Fermiego - Diraca Złącze p-n (dioda) Politechnika
Bardziej szczegółowoPrądem elektrycznym nazywamy uporządkowany ruch cząsteczek naładowanych.
Prąd elektryczny stały W poprzednim dziale (elektrostatyka) mówiliśmy o ładunkach umieszczonych na przewodnikach, ale na takich, które są odizolowane od otoczenia. W temacie o prądzie elektrycznym zajmiemy
Bardziej szczegółowoWykład 11 i 12 Równania Maxwella. Prąd elektryczny.
Wykład 11 i 12 Równania Maxwella. Prąd elektryczny. z y x 11.1 RÓŻNICZKOWE PRAWO GAUSSA i co z niego wynika... Niech ładunek będzie rozłożony w objętości V (o nieskończenie małych bokach x, y, z ) i wierzchołku
Bardziej szczegółowoPodstawy fizyki wykład 4
D. Halliday, R. Resnick, J.Walker: Podstawy Fizyki, tom 5, PWN, Warszawa 2003. H. D. Young, R. A. Freedman, Sear s & Zemansky s University Physics with Modern Physics, Addison-Wesley Publishing Company,
Bardziej szczegółowo2. Półprzewodniki. Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościami elektrofizycznymi półprzewodników, przewodników i dielektryków.
2. Półprzewodniki 1 Półprzewodniki to materiały, których rezystywność jest większa niż rezystywność przewodników (metali) oraz mniejsza niż rezystywność izolatorów (dielektryków). Przykłady: miedź - doskonały
Bardziej szczegółowoPrzerwa energetyczna w germanie
Ćwiczenie 1 Przerwa energetyczna w germanie Cel ćwiczenia Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporu monokryształu germanu od temperatury. Wprowadzenie Eksperymentalne badania
Bardziej szczegółowoELEKTRONIKA ELM001551W
ELEKTRONIKA ELM001551W Podstawy elektrotechniki i elektroniki Definicje prądu elektrycznego i wielkości go opisujących: natężenia, gęstości, napięcia. Zakres: Oznaczenia wielkości fizycznych i ich jednostek,
Bardziej szczegółowoQ t lub precyzyjniej w postaci różniczkowej. dq dt Jednostką natężenia prądu jest amper oznaczany przez A.
Prąd elektryczny Dotychczas zajmowaliśmy się zjawiskami związanymi z ładunkami spoczywającymi. Obecnie zajmiemy się zjawiskami zachodzącymi podczas uporządkowanego ruchu ładunków, który często nazywamy
Bardziej szczegółowoPrąd elektryczny 1/37
Prąd elektryczny 1/37 Prąd elektryczny Prądem elektrycznym w przewodniku metalowym nazywamy uporządkowany ruch elektronów swobodnych pod wpływem sił pola elektrycznego. Prąd elektryczny może również płynąć
Bardziej szczegółowoNadprzewodniki. W takich materiałach kiedy nastąpi przepływ prądu może on płynąć nawet bez przyłożonego napięcia przez długi czas! )Ba 2. Tl 0.2.
Nadprzewodniki Pewna klasa materiałów wykazuje prawie zerową oporność (R=0) poniżej pewnej temperatury zwanej temperaturą krytyczną T c Większość przewodników wykazuje nadprzewodnictwo dopiero w temperaturze
Bardziej szczegółowoFizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku
w poprzednim odcinku 1 Model przewodnictwa metali Elektrony przewodnictwa dla metalu tworzą tzw. gaz elektronowy Elektrony poruszają się chaotycznie (ruchy termiczne), ulegają zderzeniom z atomami sieci
Bardziej szczegółowoFIZYKA 2. Janusz Andrzejewski
FIZYKA 2 wykład 3 Janusz Andrzejewski Prąd elektryczny Prąd elektryczny to uporządkowany ruch swobodnych ładunków. Ruchowi chaotycznemu nie towarzyszy przepływ prądu. Strzałki szare - to nieuporządkowany(chaotyczny)
Bardziej szczegółowoŁadunek elektryczny. Ładunek elektryczny jedna z własności cząstek elementarnych
Ładunek elektryczny Ładunek elektryczny jedna z własności cząstek elementarnych http://pl.wikipedia.org/wiki/%c5%81a dunek_elektryczny ładunki elektryczne o takich samych znakach się odpychają a o przeciwnych
Bardziej szczegółowoPodstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane
Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane Półprzewodnik typu n IV-Ge V-As Jeżeli pięciowartościowy atom V-As zastąpi w sieci atom IV-Ge to cztery elektrony biorą udział w wiązaniu kowalentnym,
Bardziej szczegółowoTeoria pasmowa. Anna Pietnoczka
Teoria pasmowa Anna Pietnoczka Opis struktury pasmowej we współrzędnych r, E Zmiana stanu elektronów przy zbliżeniu się atomów: (a) schemat energetyczny dla atomów sodu znajdujących się w odległościach
Bardziej szczegółowoZaburzenia periodyczności sieci krystalicznej
Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej Defekty liniowe dyslokacja krawędziowa dyslokacja śrubowa dyslokacja mieszana Defekty punktowe obcy atom w węźle luka w sieci (defekt Schottky ego) obcy atom
Bardziej szczegółowoPRĄD STAŁY. Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków wewnątrz przewodnika pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.
PĄD STAŁY Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków wewnątrz przewodnika pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. ŁADUNEK SWOBODNY byłby w stałym polu elektrycznym jednostajnie przyspieszany
Bardziej szczegółowoE3. Badanie temperaturowej zależności oporu elektrycznego ciał stałych 1/5
1/5 Celem ćwiczenia jest poznanie temperaturowej zależności przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik i półprzewodnik oraz doświadczalne wyznaczenie energii aktywacji przewodnictwa dla półprzewodnika
Bardziej szczegółowoFIZYKA 2. Janusz Andrzejewski
FIZYKA 2 wykład 3 Janusz Andrzejewski Prawo Coulomba a prawo Newtona Janusz Andrzejewski 2 Natężenie i potencjał pola elektrycznego A q A B q A D q A C q A q 0 D B C A E E E E r r r r 0 0 + + + + + + D
Bardziej szczegółowoFunkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach
Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach 1 f FD ( E) = E E F exp + 1 kbt Styczna do krzywej w punkcie f FD (E F )=0,5 przecina oś energii i prostą f FD (E)=1 w punktach odległych o k B
Bardziej szczegółowoW1. Właściwości elektryczne ciał stałych
W1. Właściwości elektryczne ciał stałych Względna zmiana oporu właściwego przy wzroście temperatury o 1 0 C Materiał Opór właściwy [m] miedź 1.68*10-8 0.0061 żelazo 9.61*10-8 0.0065 węgiel (grafit) 3-60*10-3
Bardziej szczegółowoRepeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj
Repeta z wykładu nr 3 Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 Konsultacje:
Bardziej szczegółowoCel ćwiczenia: Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporności elektrycznej monokryształu germanu od temperatury.
WFiIS PRACOWNIA FIZYCZNA I i II Imię i nazwisko: 1. 2. TEMAT: ROK GRUPA ZESPÓŁ NR ĆWICZENIA Data wykonania: Data oddania: Zwrot do poprawy: Data oddania: Data zliczenia: OCENA Cel ćwiczenia: Wyznaczenie
Bardziej szczegółowoTEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH
TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH Skolektywizowane elektrony w metalu Weźmy pod uwagę pewną ilość atomów jakiegoś metalu, np. sodu. Pojedynczy atom sodu zawiera 11 elektronów o konfiguracji 1s 2 2s 2 2p 6 3s
Bardziej szczegółowoWykład 8 ELEKTROMAGNETYZM
Wykład 8 ELEKTROMAGNETYZM Równania Maxwella dive = ρ εε 0 prawo Gaussa dla pola elektrycznego divb = 0 rote = db dt prawo Gaussa dla pola magnetycznego prawo indukcji Faradaya rotb = μμ 0 j + εε 0 μμ 0
Bardziej szczegółowoElektryczne własności ciał stałych
Elektryczne własności ciał stałych Izolatory (w temperaturze pokojowej) w praktyce - nie przewodzą prądu elektrycznego. Ich oporność jest b. duża. Np. diament ma oporność większą od miedzi 1024 razy Metale
Bardziej szczegółowoPOLE ELEKTRYCZNE PRAWO COULOMBA
POLE ELEKTRYCZNE PRAWO COULOMBA gdzie: Q, q ładunki elektryczne wyrażone w kulombach [C] r - odległość między ładunkami Q i q wyrażona w [m] ε - przenikalność elektryczna bezwzględna środowiska, w jakim
Bardziej szczegółowoWykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe
Wykład IV Półprzewodniki samoistne i domieszkowe Półprzewodniki (Si, Ge, GaAs) Konfiguracja elektronowa Si : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [Ne] 3s 2 3p 2 4 elektrony walencyjne Półprzewodnik samoistny Talent
Bardziej szczegółowoP R A C O W N I A
P R A C O W N I A www.tremolo.pl M E T O D Y B A D A Ń M A T E R I A Ł Ó W (WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE, MAGNETYCZNE I AKUSTYCZNE) Ewelina Broda Robert Gabor ĆWICZENIE NR 3 WYZNACZANIE ENERGII AKTYWACJI I
Bardziej szczegółowoPrzepływ prądu przez przewodnik. jest opisane przez natężenie prądu. Przez przewodnik nie płynie prąd.
PRĄD ELEKTRYCZNY - Przez przewodnik nie płynie prąd. Przepływ prądu przez przewodnik E Gdy E = 0. Elektrony poruszają się (dzięki energii cieplnej) przypadkowo we wszystkich kierunkach. Elektrony swobodne
Bardziej szczegółowoBadanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2)
Badanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2) 1. Wymagane zagadnienia - ruch ładunku w polu magnetycznym, siła Lorentza, pole elektryczne - omówić zjawisko Halla, wyprowadzić wzór na napięcie
Bardziej szczegółowoElektryczne właściwości materii. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.
Elektryczne właściwości materii Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej. Podział materii ze względu na jej właściwości Przewodniki elektryczne: Przewodniki I
Bardziej szczegółowoRóżne dziwne przewodniki
Różne dziwne przewodniki czyli trzy po trzy o mechanizmach przewodzenia prądu elektrycznego Przewodniki elektronowe Metale Metale (zwane również przewodnikami) charakteryzują się tym, że elektrony ich
Bardziej szczegółowoŹródła siły elektromotorycznej = pompy prądu
Źródła siły elektromotorycznej = pompy prądu komórki elektrochemiczne ogniwo Volty akumulator generatory elektryczne baterie I urządzenia termoelektryczne E I I Prądnica (dynamo) termopara fotoogniwa ogniwa
Bardziej szczegółowoPodstawy elektrotechniki V1. Na potrzeby wykładu z Projektowania systemów pomiarowych
Podstawy elektrotechniki V1 Na potrzeby wykładu z Projektowania systemów pomiarowych 1 Elektrotechnika jest działem nauki zajmującym się podstawami teoretycznymi i zastosowaniami zjawisk fizycznych z dziedziny
Bardziej szczegółowoRepeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n
Repeta z wykładu nr 5 Detekcja światła Sebastian Maćkowski Instytut Fizyki Uniwersytet Mikołaja Kopernika Adres poczty elektronicznej: mackowski@fizyka.umk.pl Biuro: 365, telefon: 611-3250 Konsultacje:
Bardziej szczegółowoPODSTAWY FIZYKI - WYKŁAD 7 PRZEWODNIKI OPÓR OBWODY Z PRADEM STAŁYM. Piotr Nieżurawski. Wydział Fizyki. Uniwersytet Warszawski
PODSTAWY FIZYKI - WYKŁAD 7 PRZEWODNIKI PRAD OPÓR OBWODY Z PRADEM STAŁYM Piotr Nieżurawski pniez@fuw.edu.pl Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski http://www.fuw.edu.pl/~pniez/bioinformatyka/ 1 Najważniejsze
Bardziej szczegółowoPodstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude
Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki Opracował: Mgr inż. Marek Staude Część 1 Podstawowe prawa obwodów elektrycznych Prąd elektryczny definicja fizyczna Prąd elektryczny powstaje jako uporządkowany ruch
Bardziej szczegółowoBadanie charakterystyki diody
Badanie charakterystyki diody Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie charakterystyk prądowo napięciowych różnych diod półprzewodnikowych. Wstęp Dioda jest jednym z podstawowych elementów elektronicznych,
Bardziej szczegółowoPodstawowe własności elektrostatyczne przewodników: Pole E na zewnątrz przewodnika jest prostopadłe do jego powierzchni
KONDENSATORY Podstawowe własności elektrostatyczne przewodników: Natężenie pola wewnątrz przewodnika E = 0 Pole E na zewnątrz przewodnika jest prostopadłe do jego powierzchni Potencjał elektryczny wewnątrz
Bardziej szczegółowoCiała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz
Ciała stałe Podstawowe własności ciał stałych Struktura ciał stałych Przewodnictwo elektryczne teoria Drudego Poziomy energetyczne w krysztale: struktura pasmowa Metale: poziom Fermiego, potencjał kontaktowy
Bardziej szczegółowoZjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski
Plan referatu Zjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski 1. Podstawowe definicje ffl wektory: E, B, ffl nośniki ładunku: elektrony i dziury, ffl podział ciał stałych ze względu na własności elektryczne:
Bardziej szczegółowoMomentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:
1 W stanie równowagi elektrostatycznej (nośniki ładunku są w spoczynku) wewnątrz przewodnika natężenie pola wynosi zero. Cały ładunek jest zgromadzony na powierzchni przewodnika. Tuż przy powierzchni przewodnika
Bardziej szczegółowoS. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki
Półprzewodniki Definicja i własności Półprzewodnik materiał, którego przewodnictwo rośnie z temperaturą (opór maleje) i w temperaturze pokojowej wykazuje wartości pośrednie między przewodnictwem metali,
Bardziej szczegółowoZALEŻNOŚĆ OPORU ELEKTRYCZNEGO 57 METALU I PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY
ZALEŻNOŚĆ OPORU ELEKTRYCZNEGO 57 METALU I PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY I.. Prąd elektryczny Dla dużej grupy przewodników prądu elektrycznego (metale, półprzewodniki i inne) spełnione jest prawo Ohma,
Bardziej szczegółowoFizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku
Fizyka w poprzednim odcinku Obliczanie natężenia pola Fizyka Wyróżniamy ładunek punktowy d Wektor natężenia pola d w punkcie P pochodzący od ładunku d Suma składowych x-owych wektorów d x IĄGŁY ROZKŁAD
Bardziej szczegółowoPrąd elektryczny stały
Rozdział 3 Prąd elektryczny stały 3.1 Natężenie i gęstość prądu. Równanie ciągłości W poprzednich rozdziałach były rozpatrywane zjawiska związane z nieruchomymi ładunkami elektrycznymi. Omówimy obecnie
Bardziej szczegółowoznak minus wynika z faktu, że wektor F jest zwrócony
Wykład 6 : Pole grawitacyjne. Pole elektrostatyczne. Prąd elektryczny Pole grawitacyjne Każde dwa ciała o masach m 1 i m 2 przyciągają się wzajemnie siłą grawitacji wprost proporcjonalną do iloczynu mas,
Bardziej szczegółowoWŁAŚCIWOŚCI IDEALNEGO PRZEWODNIKA
WŁAŚCIWOŚCI IDEALNEGO PRZEWODNIKA Idealny przewodnik to materiał zawierająca nieskończony zapas zupełnie swobodnych ładunków. Z tej definicji wynikają podstawowe własności elektrostatyczne idealnych przewodników:
Bardziej szczegółowoFizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd 25.04.2006r.
Fizyka i technologia złącza P Adam Drózd 25.04.2006r. O czym będę mówił: Półprzewodnik definicja, model wiązań walencyjnych i model pasmowy, samoistny i niesamoistny, domieszki donorowe i akceptorowe,
Bardziej szczegółowoTeoria pasmowa ciał stałych
Teoria pasmowa ciał stałych Poziomy elektronowe atomów w cząsteczkach ulegają rozszczepieniu. W kryształach zjawisko to prowadzi do wytworzenia się pasm. Klasyfikacja ciał stałych na podstawie struktury
Bardziej szczegółowoStrumień pola elektrycznego
Powierzchnia Gaussa Właściwości : - jest to powierzchnia hipotetyczna matematyczna konstrukcja myślowa, - jest dowolną powierzchnią zamkniętą w praktyce powinna mieć kształt związany z symetrią pola, -
Bardziej szczegółowoDielektryki. właściwości makroskopowe. Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego
Dielektryki właściwości makroskopowe Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego Przewodniki i izolatory Przewodniki i izolatory Pojemność i kondensatory Podatność dielektryczna
Bardziej szczegółowoZadanie 106 a, c WYZNACZANIE PRZEWODNICTWA WŁAŚCIWEGO I STAŁEJ HALLA DLA PÓŁPRZEWODNIKÓW. WYZNACZANIE RUCHLIWOŚCI I KONCENTRACJI NOŚNIKÓW.
Zadanie 106 a, c WYZNACZANIE PRZEWODNICTWA WŁAŚCIWEGO I STAŁEJ HALLA DLA PÓŁPRZEWODNIKÓW. WYZNACZANIE RUCHLIWOŚCI I KONCENTRACJI NOŚNIKÓW. 1. Elektromagnes 2. Zasilacz stabilizowany do elektromagnesu 3.
Bardziej szczegółowoBadanie rozkładu pola elektrycznego
Ćwiczenie 8 Badanie rozkładu pola elektrycznego 8.1. Zasada ćwiczenia W wannie elektrolitycznej umieszcza się dwie metalowe elektrody, połączone ze źródłem zmiennego napięcia. Kształt przekrojów powierzchni
Bardziej szczegółowoPodstawy fizyki sezon 2 2. Elektrostatyka 2
Podstawy fizyki sezon 2 2. Elektrostatyka 2 Agnieszka Obłąkowska-Mucha AGH, WFIiS, Katedra Oddziaływań i Detekcji Cząstek, D11, pok. 111 amucha@agh.edu.pl http://home.agh.edu.pl/~amucha Strumień wektora
Bardziej szczegółowoWykład Pole elektryczne na powierzchniach granicznych 8.10 Gęstość energii pola elektrycznego
Wykład 7 8.9 Pole elektryczne na powierzchniach granicznych 8.0 Gęstość energii pola elektrycznego 9. Prąd elektryczny 9. Natężenie prądu, wektor gęstości prądu 9. Prawo zachowania ładunku 9.3 Model przewodnictwa
Bardziej szczegółowośrednia droga swobodna L
PĄD STAŁY. Na czym polega przepływ prądu elektrycznego. Natężenie prądu i opór; źródła oporu elektrycznego 3. Prawo Ohma; temperaturowa zależność oporu elektrycznego 4. Siła elektromotoryczna 5. Prawa
Bardziej szczegółowoFizyka 2. Janusz Andrzejewski
Fizyka 2 wykład 13 Janusz Andrzejewski Scaledlugości Janusz Andrzejewski 2 Scaledługości Simple molecules
Bardziej szczegółowoWykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne
Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne W3. Zjawiska transportu Zjawiska transportu zachodzą gdy układ dąży do stanu równowagi. W zjawiskach
Bardziej szczegółowoZłącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy
Złącze p-n: dioda Półprzewodniki Przewodnictwo półprzewodników Dioda Dioda: element nieliniowy Przewodnictwo kryształów Atomy dyskretne poziomy energetyczne (stany energetyczne); określone energie elektronów
Bardziej szczegółowoRozszczepienie poziomów atomowych
Rozszczepienie poziomów atomowych Poziomy energetyczne w pojedynczym atomie Gdy zbliżamy atomy chmury elektronowe nachodzą na siebie (inaczej: funkcje falowe elektronów zaczynają się przekrywać) Na skutek
Bardziej szczegółowoPrzewodniki, półprzewodniki i izolatory
Przewodniki, półprzewodniki i izolatory Według współczesnego poglądu na budowę materii zawiera ona w stanie normalnym albo inaczej - obojętnym, równe ilości elektryczności dodatniej i ujemnej. JeŜeli takie
Bardziej szczegółowo3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)
152 Elektryczność 3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17) Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk tranzystora npn w układzie ze wspólnym emiterem W E. Zagadnienia do przygotowania: półprzewodniki,
Bardziej szczegółowoĆwiczenie 5 BADANIE ZALEŻNOŚCI PRZEWODNICTWA ELEKTRYCZNEGO PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY 1.WIADOMOŚCI OGÓLNE
Laboratorium z Fizyki Materiałów 00 Ćwiczenie 5 BADANIE ZALEŻNOŚCI PRZEWODNICTWA ELEKTRYCZNEGO PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY.WIADOMOŚCI OGÓLNE Przewodnictwo elektryczne ciał stałych można opisać korzystając
Bardziej szczegółowoObwód składający się z baterii (źródła siły elektromotorycznej ) oraz opornika. r opór wewnętrzny baterii R- opór opornika
Obwód składający się z baterii (źródła siły elektromotorycznej ) oraz opornika r opór wewnętrzny baterii - opór opornika V b V a V I V Ir Ir I 2 POŁĄCZENIE SZEEGOWE Taki sam prąd płynący przez oba oporniki
Bardziej szczegółowokondensatory Jednostkę pojemności [Q/V] przyjęto nazywać faradem i oznaczać literą F.
Pojemność elektryczna i kondensatory Umieśćmy na przewodniku ładunek. Przyjmijmy zero potencjału w nieskończoności. Potencjał przewodnika jest proporcjonalny do ładunku (dlaczego?). Współczynnik proporcjonalności
Bardziej szczegółowoPojemność elektryczna. Pojemność elektryczna, Kondensatory Energia elektryczna
Pojemność elektryczna Pojemność elektryczna, Kondensatory Energia elektryczna Pojemność elektryczna - kondensatory Kondensator : dwa przewodniki oddzielone izolatorem zwykle naładowane ładunkami o przeciwnych
Bardziej szczegółowoPrawo Ohma. qnv. E ρ U I R U>0V. v u E +
Prawo Ohma U>0V J v u J qnv u - E + J qne d J gęstość prądu [A/cm 2 ] n koncentracja elektronów [cm -3 ] ρ rezystywność [Ωcm] σ - przewodność [S/cm] E natężenie pola elektrycznego [V/cm] I prąd [A] R rezystancja
Bardziej szczegółowo3. ZŁĄCZE p-n 3.1. BUDOWA ZŁĄCZA
3. ZŁĄCZE p-n 3.1. BUDOWA ZŁĄCZA Złącze p-n jest to obszar półprzewodnika monokrystalicznego utworzony przez dwie graniczące ze sobą warstwy jedną typu p i drugą typu n. Na rysunku 3.1 przedstawiono uproszczony
Bardziej szczegółowo21 ELEKTROSTATYKA. KONDENSATORY
Włodzimierz Wolczyński Pojemność elektryczna 21 ELEKTROSTATYKA. KONDENSATORY - dla przewodników - dla kondensatorów C pojemność elektryczna Q ładunek V potencjał, U napięcie jednostka farad 1 r Pojemność
Bardziej szczegółowoPrąd i opór elektryczny
Prąd i opór elektryczny Prąd elektryczny to przepływ ładunków elektrycznych Ilustracją jest rysunek przedstawiający strumieo ładunków płynących prostopadle do powierzchni A Natężenie prądu elektrycznego
Bardziej szczegółowoPole przepływowe prądu stałego
Podstawy elektromagnetyzmu Wykład 5 Pole przepływowe prądu stałego Czym jest prąd elektryczny? Prąd elektryczny: uporządkowany ruch ładunku. Prąd elektryczny w metalach Lity metalowy przewodnik zawiera
Bardziej szczegółowoBadanie transformatora
Ćwiczenie 14 Badanie transformatora 14.1. Zasada ćwiczenia Transformator składa się z dwóch uzwojeń, umieszczonych na wspólnym metalowym rdzeniu. Do jednego uzwojenia (pierwotnego) przykłada się zmienne
Bardziej szczegółowoBadanie transformatora
Ćwiczenie 14 Badanie transformatora 14.1. Zasada ćwiczenia Transformator składa się z dwóch uzwojeń, umieszczonych na wspólnym metalowym rdzeniu. Do jednego uzwojenia (pierwotnego) przykłada się zmienne
Bardziej szczegółowoKlasyczny efekt Halla
Klasyczny efekt Halla Rysunek pochodzi z artykułu pt. W dwuwymiarowym świecie elektronów, autor: Tadeusz Figielski, Wiedza i Życie, nr 4, 1999 r. Pełny tekst artykułu dostępny na stronie http://archiwum.wiz.pl/1999/99044800.asp
Bardziej szczegółowoEFEKT HALLA W PÓŁPRZEWODNIKACH.
Politechnika Warszawska Wydział Fizyki Laboratorium Fizyki I P Andrzej Kubiaczyk 30 EFEKT HALLA W PÓŁPRZEWODNIKACH. 1. Podstawy fizyczne 1.1. Ruch ładunku w polu elektrycznym i magnetycznym Na ładunek
Bardziej szczegółowoAbsorpcja związana z defektami kryształu
W rzeczywistych materiałach sieć krystaliczna nie jest idealna występują różnego rodzaju defekty. Podział najważniejszych defektów ze względu na właściwości optyczne: - inny atom w węźle sieci: C A atom
Bardziej szczegółowoWymiana ciepła. Ładunek jest skwantowany. q=n. e gdzie n = ±1, ±2, ±3 [1C = 6, e] e=1, C
Wymiana ciepła Ładunek jest skwantowany ładunek elementarny ładunek pojedynczego elektronu (e). Każdy ładunek q (dodatni lub ujemny) jest całkowitą wielokrotnością jego bezwzględnej wartości. q=n. e gdzie
Bardziej szczegółowoZJAWISKA TERMOELEKTRYCZNE
Wstęp W ZJAWISKA ERMOELEKRYCZNE W.1. Wstęp Do zjawisk termoelektrycznych zaliczamy: zjawisko Seebecka - efekt powstawania różnicy potencjałów elektrycznych na styku metali lub półprzewodników, zjawisko
Bardziej szczegółowoBadanie rozkładu pola elektrycznego
Ćwiczenie 8 Badanie rozkładu pola elektrycznego 8.1. Zasada ćwiczenia W wannie elektrolitycznej umieszcza się dwie metalowe elektrody, połączone ze źródłem zmiennego napięcia. Kształt przekrojów powierzchni
Bardziej szczegółowoLekcja 40. Obraz graficzny pola elektrycznego.
Lekcja 40. Obraz graficzny pola elektrycznego. Polem elektrycznym nazywamy obszar, w którym na wprowadzony doń ładunek próbny q działa siła. Pole elektryczne występuje wokół ładunków elektrycznych i ciał
Bardziej szczegółowo