dr inż. Zbigniew Szklarski

Podobne dokumenty
cz.2 dr inż. Zbigniew Szklarski

dr inż. Zbigniew Szklarski

4. Prąd stały Prąd i prawo Ohma. C s. i = i = t. i S. j = V u prędkość unoszenia ładunków. r r

Tensorowe. Wielkości fizyczne. Wielkości i Jednostki UŜywane w Elektryce Wielkość Fizyczna to właściwość fizyczna zjawisk lub obiektów,

Podstawy elektrotechniki

Prąd elektryczny U R I =

exp jest proporcjonalne do czynnika Boltzmanna exp(-e kbt (szerokość przerwy energetycznej między pasmami) g /k B

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Elementy i Obwody Elektryczne

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

1

czułość normalną, odniesioną do srumienia świelnego lub oświelenia wywarzanego przez wzorcowe źródło świała, wydajność kwanową lub zw. charakerysykę c

- opór właściwy miedzi (patrz tabela 9.1), l długość nawiniętego na cewkę drutu miedzianego,

PRĄD STAŁY. Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków wewnątrz przewodnika pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.

ĆWICZENIE NR 43 U R I (1)

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Podstawy elektrotechniki

Elektryczne własności ciał stałych

W1. Właściwości elektryczne ciał stałych

Natężenie prądu elektrycznego

Wykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych

termodynamika fenomenologiczna p, VT V, teoria kinetyczno-molekularna <v 2 > termodynamika statystyczna n(v) to jest długi czas, zachodzi

Wykład III. Teoria pasmowa ciał stałych

Elektryczne własności ciał stałych

ELEKTROCHEMIA. ( i = i ) Wykład II b. Nadnapięcie Równanie Buttlera-Volmera Równania Tafela. Wykład II. Równowaga dynamiczna i prąd wymiany

Kwantowa natura promieniowania elektromagnetycznego

( 3 ) Kondensator o pojemności C naładowany do różnicy potencjałów U posiada ładunek: q = C U. ( 4 ) Eliminując U z równania (3) i (4) otrzymamy: =

Rozszczepienie poziomów atomowych

Prąd elektryczny - przepływ ładunku

Elektryczność i Magnetyzm

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

Współczynniki aktywności w roztworach elektrolitów. W.a. w roztworach elektrolitów (2) W.a. w roztworach elektrolitów (3) 1 r. Przypomnienie!

Praca domowa nr 1. Metodologia Fizyki. Grupa 1. Szacowanie wartości wielkości fizycznych Zad Stoisz na brzegu oceanu, pogoda jest idealna,

Wykład Turbina parowa kondensacyjna

Prąd sinusoidalny. najogólniejszy prąd sinusoidalny ma postać. gdzie: wartości i(t) zmieniają się w czasie sinusoidalnie

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

Temat 13. Rozszerzalność cieplna i przewodnictwo cieplne ciał stałych.

III. Przetwornice napięcia stałego

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

Wymagania przedmiotowe z fizyki - klasa II (obowiązujące w roku szkolnym 2013/2014)

Podstawy termodynamiki

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

OGÓLNE PODSTAWY SPEKTROSKOPII

Zasada pędu i popędu, krętu i pokrętu, energii i pracy oraz d Alemberta bryły w ruchu postępowym, obrotowym i płaskim

Temat: Wyznaczanie charakterystyk baterii słonecznej.

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Model elektronów swobodnych w metalu

Przedmiotowy system nauczania z fizyki dla klasy II gimnazjum

Siła jest przyczyną przyspieszenia. Siła jest wektorem. Siła wypadkowa jest sumą wektorową działających sił.

Współczynniki aktywności w roztworach elektrolitów

Wykład 13. Rozkład kanoniczny Boltzmanna Rozkład Maxwella-Boltzmanna III Zasada Termodynamiki. Rozkład Boltzmanna!!!

E5. KONDENSATOR W OBWODZIE PRĄDU STAŁEGO

1. Struktura pasmowa from bonds to bands

Prawo Ohma. qnv. E ρ U I R U>0V. v u E +

Teoria pasmowa ciał stałych

Plan wynikowy z fizyki dla klasy II gimnazjum. 1. Siły w przyrodzie

(Plan wynikowy) - zakładane osiągnięcia ucznia Fizyka klasa II

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. - Prąd powstający w wyniku indukcji elektro-magnetycznej.

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

Wyznaczanie współczynnika sztywności zastępczej układu sprężyn

XLI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP WSTĘPNY Zadanie teoretyczne

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Wykład 4 Metoda Klasyczna część III

średnia droga swobodna L

GAZ ELEKTRONÓW SWOBODNYCH POWYŻEJ ZERA BEZWZGLĘDNEGO.

Proste struktury krystaliczne

Przerwa energetyczna w germanie

średnia droga swobodna L

RUCH OBROTOWY Można opisać ruch obrotowy ze stałym przyspieszeniem ε poprzez analogię do ruchu postępowego jednostajnie zmiennego.

PARAMETRY ELEKTRYCZNE CYFROWYCH ELEMENTÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

XXX OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

Ćwiczenie 6 WŁASNOŚCI DYNAMICZNE DIOD

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Przejścia kwantowe w półprzewodnikach (kryształach)

2. Elektrony i dziury w półprzewodnikach

ver ruch bryły

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI - CD. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na powstawaniu prądu elektrycznego w

4.2. Obliczanie przewodów grzejnych metodą dopuszczalnego obciążenia powierzchniowego

P R A C O W N I A

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

ĆWICZENIE NR 2 POMIARY W OBWODACH RLC PRĄDU PRZEMIENNEGO

Wymagania na poszczególne oceny przy realizacji programu i podręcznika Świat fizyki Klasa III

Wykład lutego 2016 Krzysztof Korona. Wstęp 1. Prąd stały 1.1 Podstawowe pojęcia 1.2 Prawa Ohma Kirchhoffa 1.3 Przykłady prostych obwodów

W5. Rozkład Boltzmanna

Analiza obwodów elektrycznych

Q t lub precyzyjniej w postaci różniczkowej. dq dt Jednostką natężenia prądu jest amper oznaczany przez A.

2. Elektrony i dziury w półprzewodnikach

Czym jest prąd elektryczny

Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych. Materiał ilustracyjny do przedmiotu. (Cz. 2)

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

Wykład Prąd elektryczny i pole magnetyczne. Prąd elektryczny Natężenie prądu elektrycznego Q I (4.1) t

Kier. MTR Programowanie w MATLABie Laboratorium

Ć W I C Z E N I E N R E-9

WYZNACZENIE DYSYPACJI KINETYCZNEJ ENERGII TURBULENCJI PRZY UŻYCIU PRAWA -5/3. E c = E k + E p + E w

KURS STATYSTYKA. Lekcja 6 Regresja i linie regresji ZADANIE DOMOWE. Strona 1

3. Prąd elektryczny. 3.1Prąd stały. 3.2Równanie ciągłości, 3.3Prawo Ohma. 3.4Prawa Kirchhoffa. 3.5Łączenie oporów

Metody analizy obwodów

Transkrypt:

Wykład 13: Prąd sały dr nż. Zbgnew Szklarsk szkla@agh.edu.pl hp://layer.uc.agh.edu.pl/z.szklarsk/

Prąd elekryczny naężene prądu C A s j ds gęsość prądu j S A m V u l S U W przewodnku o objęośc V S l znajduje sę ładunek n e S l gdze n jes koncenracją elekronów (w jednosce objęośc) j S S nesl u S j nev 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk

Prędkość unoszena - przykład Sandardowy przewód medzany o przekroju mm, w kórym płyne prąd o naężenu 10 A. Koncenracja elekronów n d N M A gdze d 9 g/cm 3 ; N A 6,010 3 a/mol; M 64 g/mol czyl n 8,410 elekr./cm 3 Gęsość prądu j 500 A/cm Prędkość unoszena j V u 3,710 ne - cm/s 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 3

Oblczyć naężene prądu wywarzanego przez elekron krążący w aome wodoru na podsawowej orbce. ozwązane: e T F d F C mv e 4 0 Z warunku Bohra h h L mv h mv Okres obegu T sąd e 5 0 m 4 h 3 V h mv 4,5mA ( T 153 ps) V e h ( 6 V,1810 m / s) 0 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 4

Prawo Ohma ~ U (1789-1854) df U V V A U E cons dv E dl E dl El j ds js U l S Przewodncwo właścwe E dl Wekorowa posać prawa Ohma óżnczkowa posać prawa Ohma oraz f ( U) 1 j E meal gdze [ m] jes rezysancją właścwą E S m j d 1 du U 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 5

Przewodncwo elekryczne w mealach. Elekron poruszający sę pod wpływem zewnęrznego pola elekrycznego V dv E m e E m d dv e E d Vo 0 1 gdze - średna droga swobodna V elekronu, kóry zderza sę z defekem sec fononem, rac część energ węc usala sę prędkość średna 10 6 m/s ale V u 10-4 m/s! W emperaurze pokojowej λ wynos około 40 nm dla Cu Au oraz 60 nm dla Ag. V u j ne ee m V E ee m f ( E) ne mv ne 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 6

Zależność rezysancj od emperaury Prawdopodobeńswo rozpraszana jes proporcjonalne do wychylena jonu z położena równowag. τ ~ 1 T 1 0 o d dt ~ T eguła Mahesena d 0 + ph + +... ρ 0 oporność reszkowa ρ ph oporność fononowa ρ d oporność domeszkowa - różnczkowy TW; ρ 0 ρ ph ρ 0 (1 + T) sr 15 K ~ T 5 dla T<15 K gdze - emperaurowy współczynnk rezysancj (TW). 1 0 T T 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 7

Przykład Dysk o promenu r 1 grubośc h wykonany jes z maerału o oporze właścwym. Dysk ooczony jes cenkm perścenem o bardzo dobrym przewodncwe z zamocowana elekrodą. Druga elekroda w kszałce pręa o promenu r 0 zamocowana jes w środku dysku. a. Oblczyć warość oporu mędzy elekrodam dysku; b. Oblczyć naężene prądu w dysku, po przyłożenu mędzy elekrodam różncy poencjałów U; c. Oblczyć zależność gęsośc prądu w funkcj odległośc od środka dysku; d. Oblczyć zależność naężena pola poencjału w funkcj odległośc od środka dysku 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 8

Pasma energeyczne pasma energeyczne - 198 Felx Bloch zblżane sę aomów do sebe powoduje rozszczepene pojedynczych pozomów energeycznych elekronów Srukura pasmowa sodu Srukura pasmowa damenu 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 9

Prędkość ruchu elekronu jes rzędu 10 5 m/s, a rozmary aomu wynoszą 10 10 m, o elekron walencyjny znajduje sę w danym węźle w czase Δ 10 15 s, co powoduje, że szerokość pozomu energeycznego elekronu walencyjnego ΔE jes w przyblżenu równa ΔE h/ Δ 1 ev W budowe pasm udzał borą ylko elekrony zewnęrzne, naomas chmury elekronowe wewnęrznych powłok elekronowych aomów już sę ne przykrywają sany elekronów wewnęrznych aomów kryszału pozosają w zasadze ake same jak w aomach zolowanych. Elekrony walencyjne należą do wszyskch aomów równocześne 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 10

Przy szerokośc pasma rzędu 1 ev odległośc mędzy pozomam wynoszą około 10 ev, co wskazuje, że ne ma możlwośc dośwadczalnego ch rozróżnena. O akej grupe pozomów mówmy jako o paśme dozwolonym uważając, że elekrony w ym paśme mają cągły rozkład energ. Pasma e są rozdzelone pasmam wzbrononym.? Półprzewodnk E g [ev] Półprzewodnk E g [ev] arsenek ndu InAs 0,36 sarczek kadmu CdS,4 german Ge 0,67 selenek cynku ZnSe,7 krzem S 1,11 węglk krzemu SC,86 arsenek galu GaAs 1,43 sarczek cynku ZnS 3,6 selenek kadmu CdSe 1,73 damen C 5,5 fosforek galu GaP,6

Przewodncwo elekryczne w półprzewodnkach Półprzewodnk samosne (np. Ge, S IV grupa, wązana kowalencyjne) W emperaurze 0 K przewodncwo jes zerowe wszyske sany w paśme przewodncwa są puse. Dla germanu E g 0,67 ev dla krzemu E g 1,14 ev Przy wzrośce emperaury elekrony są ermczne wzbudzane 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 1

Półprzewodnk domeszkowe domeszka donorowa Domeszka As daje dodakowy, swobodny elekron do pasma przewodncwa. Energa jonzacj donoru E d 0,049 ev Dzury powsałe na pozome donorowym są zlokalzowane przy aomach domeszek ne borą udzału w przewodncwe. 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 13

domeszka akceporowa Bor jes domeszką akceporową w krzeme, gdyż może zabrać elekron z pasma walencyjnego pozosawając dodaną dzurę. Aby zjonzować akcepor, musmy dosarczyć energ elekronow z pasma walencyjnego, kóry przejdze wówczas do akcepora. W ym przypadku, energa jonzacj E a 0,045 ev. Dzury w paśme walencyjnym są nośnkam prądu elekrycznego. 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 14

Przykładowe warośc energ jonzacj [ev]: Energa 0,01 ev 116 K. Domeszka w Ge S Donorowa: As 0,17 0,049 Sb 0,0096 0,039 Akceporowa: Ga 0,0108 0,065 In 0,011 0,16 Przewodncwo 1 ne uchlwość mv V u E skoro j nev u o ne (T) n(t)e(t) 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 15

E g n( T ) n e kt 0 e + ( n h h ne e ) gdze n h n e są o odpowedno koncenracje dzur (h) elekronów (n) [1/m 3 ]. n T T 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 16

Sła elekromooryczna (SEM) opór wewnęrzny + - praca mech. slnk el. a b E, B energa ceplna pec DC energa chemczna Źródło Źródło SEM wykonuje pracę nad nośnkam ładunku przemeszczając je z obszaru o małej energ poencjalnej (begun - źródła) do obszaru o wyższej energ (begun + źródła). W obwodze zewnęrznym pole elekryczne powoduje przepływ nośnków od beguna + do -. praca źródła: dw d dw d d praca baer energ ermcznej w d 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 17

Elekron zderzając sę, rac nadwyżkę energ jaką uzyskał od pola E. Energa kneyczna elekronu jes sała, węc sracona energa zamena sę w cepło. d d SEM jes energą przekazaną przez baerę, przypadającą na jednoskę poruszającego sę ładunku. ozparując rzeczywsą baerę, o oporze wewnęrznym r: Napęce na zacskach źródła U ab - r Moc źródła: dw P d U ab b r a 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 18

b a b a r + - V a ε r V b V a a r opór wewnęrzny źródła V b +ε - r - V b opór obcążena dla źródła doskonałego mamy ( r + ) r + 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 19

Wyznaczane oporu wewnęrznego ognwa (źródła SEM). A U ε v 0 V ε/r zwarca Założena: V >> wówczas V 0 oraz A 0 Czyl U r + U U - r sąd r r + 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 0

Moc użyeczna źródła Moc obcążena P cał P + P r P węc ( r + skoro P ) r + P P r r P r ( r + ) r Moc całkowa P cał + r ( ) ( ) r + + r P r P c P r r 3r 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 1

Dla jakej warośc oporu zewnęrznego, moc użyeczna osąga warość maksymalną? P ( r + ) dp ( r + ) d + ( r ) 4 ( r + ) r + 0 r P Sprawność ognwa P P cał 4 0,5 P r P c 3 P 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk

Prawa Krchhoffa (184-1887) Perwsze prawo n ou 1 + + 3 1 1 Druge prawo 1 1 0 3 3 1 1 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 3

Opór zasępczy połączene równoległe połączene szeregowe 1 1 1 3 3 3 Z I prawa Krchhoffa: Z II prawa Krchhoffa: z + + 1 + + 3 1 3 1 1 1 + + z 1 1 3 z ( 1 + + 3 ) z 1 + + 3 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 4

Obwód C a b C Przełącznk znajduje sę w pozycj a) - ładowane kondensaora C. Zmana energ źródła dającego ładunek d dw zr d d d + d C energa ceplna energa zgromadzona na kondensaorze Elemenarne cepło wydzelane na Zmana energ kondensaora dw d dw C d C 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 5

d d + d C d d + C d : d d d + C d d d d + C + C Jes o II prawo Krchhoffa: C 0 d d 1 + + 0 d C d C 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 6

d d + 1 0 C ( ) C 1 e 0 C C rozwązanem ego równana jes funkcja: d d C 1 e C 0 / C e C Przełącznk w pozycj b) - rozładowane kondensaora C a b C 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 7

II prawo Krchhoffa: 0 + czyl C 0 d + d C ozwązanem równana różnczkowego: jes funkcja: d d 1 + C C C d C ( ) 0e C e C C 0 C d C e e 0 0 / 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 8

Cyklczny proces ładowana rozładowana kondensaora: 0 C 0 0 +/ 0,5 0 Sała czasowa 0 -/ C ( ) C(1 e 1 ) 0,63 C 3.05.018 Wydzał Informayk, Elekronk 9