НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА — это… Что такое НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА?

НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА

НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА, заряженные частицы, обусловливающие прохождение электрического тока через данное вещество. В ионизированных газах носители заряда — электроны и ионы; в твердых телах — электроны проводимости и дырки; в электролитах — ионы.

Современная энциклопедия. 2000.

• НОРФОЛКЦЫ
• НОСОВ

Смотреть что такое «НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА» в других словарях:

• Носители заряда — общее название подвижных частиц или квазичастиц, которые несут электрический заряд и способны обеспечивать протекание электрического тока. Примерами подвижных частиц являются электроны, ионы. Примером квазичастицы носителя заряда является дырка.… …   Википедия

• НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА — (носители тока) заряженные частицы (или квазичастицы), обусловливающие прохождение электрического тока через данное вещество. В газе носители заряда электроны и ионы. Чаще всего термин носители заряда применяется в физике твердого тела. В… …   Большой Энциклопедический словарь

• Носители заряда — НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА, заряженные частицы, обусловливающие прохождение электрического тока через данное вещество. В ионизированных газах носители заряда – электроны и ионы; в твердых телах – электроны проводимости и дырки; в электролитах – ионы.   …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

• НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА — (носители тока), общее название заряж. подвижных ч ц или квазичастиц, способных обеспечивать прохождение электрич. тока через в во. Чаще всего термин «Н. т.» применяется в физике твёрдого тела, где объединяет эл ны проводимости и дырки (см.… …   Физическая энциклопедия

• носители заряда — (носители тока), заряженные частицы (или квазичастицы), обусловливающие прохождение электрического тока через данное вещество. В газе носители заряда  электроны и ионы. Чаще термин «носители заряда» применяется в физике твёрдого тела.… …   Энциклопедический словарь

• Носители заряда —         носители тока, общее название подвижных частиц (или квазичастиц (См. Квазичастицы)), несущих электрический заряд и способных обеспечивать прохождение электрического тока через данное вещество. Чаще всего этот термин применяется в физике… …   Большая советская энциклопедия

• НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА — (носители тока), заряж. частицы (или квазичастицы), обусловливающие прохождение электрич. тока через данное в во. В газе Н.з. электроны и ионы. Чаще термин Н. з.» применяется в физике тв. тела. В твердотельных проводниках Н.з. электроны… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

• НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА В ТВЁРДОМ ТЕЛЕ — (носители тока) подвижные частицы или квазичастицы, участвующие в процессах электропроводности. Перенос заряда в твёрдых телах может осуществляться движением электронов и дырок из частично заполненных зон (см. Зонная теория), ионов ( диэлектрики) …   Физическая энциклопедия

• неосновные носители заряда полупроводника — неосновные носители Носители заряда, концентрация которых в данном полупроводнике меньше, чем концентрация основных носителей заряда. [ГОСТ 22622 77] Тематики материалы полупроводниковые Синонимы неосновные носители …   Справочник технического переводчика

• равновесные носители заряда полупроводника — равновесные носители Ндп. тепловые носители Носители заряда, возникновение которых явилось следствием тепловых колебаний кристаллической решетки полупроводника в условиях термодинамического равновесия. [ГОСТ 22622 77] Недопустимые,… …   Справочник технического переводчика

Что такое неосновные носители тока



pn переход принцип работы. Основные и неосновные носители зарядов.

pn переход это тонкая область, которая образуется в том месте, где контактируют два полупроводника разного типа проводимости. Каждый из этих полупроводников электрически нейтрален. Основным условием является то что в одном полупроводнике основные носители заряда это электроны а в другом дырки.

При контакте таких полупроводников в результате диффузии зарядов дырка из p области попадает в n область. Она тут же рекомбенирует с одним из электронов в этой области. В результате этого в n области появляется избыточный положительный заряд. А в p области избыточный отрицательный заряд.

Таким же образом один из электронов из n области попадает в p область, где рекомбенирует с ближайшей дыркой. Следствием этого также является образование избыточных зарядов. Положительного в n области и отрицательного в p области.

В результате диффузии граничная область наполняется зарядами, которые создают электрическое поле. Оно будет направлено таким образом, что будет отталкивать дырки находящиеся в области p от границы раздела. И электроны из области n также будут отталкиваться от этой границы.

Если говорить другими словами на границе раздела двух полупроводников образуется энергетический барьер. Чтобы его преодолеть электрон из области n должен обладать энергией больше чем энергия барьера. Как и дырка из p области.

Наряду с движением основных носителей зарядов в таком переходе существует и движение неосновных носителей зарядов. Это дырки из области n и электроны из области p. Они также двигаются в противоположную область через переход. Хотя этому способствует образовавшееся поле, но ток получается, ничтожно мал. Так как количество неосновных носителей зарядов очень мало.

Если к pn переходу подключить внешнюю разность потенциалов в прямом направлении, то есть к области p подвести высокий потенциал, а к области n низкий. То внешнее поле приведет к уменьшению внутреннего. Таким образом, уменьшится энергия барьера, и основные носители заряда смогут легко перемещаться по полупроводникам. Иначе говоря, и дырки из области p и электроны из области n будут двигаться к границе раздела. Усилится процесс рекомбинации и увеличится ток основных носителей заряда.

Если разность потенциалов приложить в обратном направлении, то есть к области p низкий потенциал, а к области n высокий. То внешнее электрическое поле сложится с внутренним. Соответственно увеличится энергия барьера не дающего перемещаться основным носителям зарядов через переход. Другими словами электроны из области n и дырки из области p будут двигаться от перехода к внешним сторонам полупроводников. И в зоне pn перехода попросту не останется основных носителей заряда обеспечивающих ток.

Если обратная разность потенциалов будет чрезмерно высока, то напряжённость поля в области перехода увеличится до тех пор, пока не наступит электрический пробой. То есть электрон ускоренный полем не разрушит ковалентную связь и не выбьет другой электрон и так далее.

Источник

Основные и неосновные носители заряда в полупроводниках

В полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки. Отношение их концентраций определяет тип проводимости полупроводника. Те носители, концентрация которых выше, называют основными носителями заряда, а носители другого типа — неосновными.

Если концентрация электронов значительно превосходит концентрацию дырок, то такой полупроводник называют полупроводником n-типа проводимости. В этом случае основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями — дырки.

Соответственно, если концентрация дырок выше, чем электронов, то полупроводник называют полупроводником p-типа. В нем основными носителями являются дырки, а неосновными носителями — электроны.

Вопрос

Донорные примеси — атомы химических элементов, внедренные в кристаллическую решетку полупроводника и создающие дополнительную концентрацию электронов.Донорными примесями являются химические элементы, внедренные в полупроводник с меньшей, чем у примеси, валентностью.

Акцепторные примеси — атомы химических элементов, внедренные в кристаллическую решетку полупроводника и создающие дополнительную концентрацию дырок.Акцепторными примесями являются химические элементы, внедренные в полупроводник с большей, чем у примеси, валентностью.

Влияние примесей на носители заряда:

Вывод: донорные примеси отдают лишние валентные электроны, образуя полупроводник н- типа, а акцепторные примеси создают дырки, образуя полупроводник р-типа.

Вопрос

Полупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами). В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.

p-n-Перехо́д (n — negative — отрицательный, электронный, p — positive — положительный, дырочный), или электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двухполупроводниковp- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой.

Вопрос

Выпрямитель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

Выходные параметры выпрямителя:

1. номинальное среднее выпрямленное напряжение U0;
2. номинальный средний выпрямленный ток I0;
3. коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения Kп01;
4. частота пульсаций выпрямленного напряжения Fп;
5. внутреннее сопротивление выпрямителя R0;

Коэффициентом пульсации Kп01 называется отношение амплитуды первой гармоники выпрямленного напряжения U01 к среднему значению выпрямленного напряжения U0.

Простейшим выпрямителем является схема однофазного однополупериодного выпрямителя. Графики, поясняющие его работу при синусоидальном входном напряжении Uвх=Uвх maxsin(ωt)

Вопрос

Очевидно, что параметры выпрямителя можно улучшить, если обеспечить протекание тока нагрузки в оба полупериода действия входного напряжения. Этого можно добиться, используя две схемы однополупериодного выпрямления, работающие синхронно и противофазно на единую нагрузку. Такое включение, однако, потребует наличия двух источников первичного напряжения, имеющих общую точку: Uвх1=Uвх maxsin(ωt), Uвх2=Uвх maxsin(ωt+π). Описанная схема называется однофазной двухполупериодной схемой выпрямления со средней точкой

Существенным недостатком схемы двухполупериодного выпрямления со средней точкой является потребность в двух источниках входного напряжения. Такая потребность обусловлена тем, что один из выводов сопротивления нагрузки периодически переключается между двумя источниками напряжения, а другой вывод постоянно подключен к средней точке этих источников.

Вопрос

необходимость в средней точке отпадет, если и второй вывод нагрузки при помощи второй аналогичной диодной схемы будет синхронно и противофазно подключаться к неиспользуемым на соответствующем интервале времени выводам источников питания. Схемотехническая реализация такого метода представлена на рис. 3.4‑9. Эта схема носит название однофазного мостового выпрямителя и является, вероятно, самой распространенной из всех схем выпрямления, предназначенных для работы с однофазными источниками переменных напряжений.

Вопрос

Сглаживающий фильтр — устройство для сглаживания пульсаций после выпрямления переменного тока диодным мостом. Простейшим сглаживающим фильтром являетсяэлектролитический конденсатор большой ёмкости, установленный на схеме параллельно нагрузке, соблюдая полярность конденсатора. Нередко устанавливается параллельно электролитическому конденсатору плёночный (или керамический) для переменного тока ёмкостью 0,01 микрофарады, для устранения помех сети 220.

Сглаживающие фильтры питания предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Принцип работы простой – во время действия полуволны напряжения происходит заряд реактивных элементов (конденсатора, дросселя) от источника – диодного выпрямителя, и их разряд на нагрузку во время отсутствия, либо малого по амплитуде напряжения.

Источник

Что такое основные и не основные носители заряда?

В полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки. Отношение их концентраций определяет тип проводимости полупроводника.
Если значительно преобладают электроны, то такой полупроводник называется полупроводником n-типа. Электроны, в этом случае, называются основными носителями заряда, а дырки — неосновными.
Соответственно, если преобладают дырки, то полупроводник является полупроводником p-типа, дырки — основными носителями, а электроны неосновными.

Если положительный потенциал приложен к p-области, то потенциальный барьер понижается (прямое смещение). В этом случае с ростом приложенного напряжения экспоненциально возрастает число основных носителей, способных преодолеть барьер. Как только эти носители миновали p — n-переход, они становятся неосновными. Поэтому концентрация неосновных носителей по обе стороны перехода увеличивается (инжекция неосновных носителей). Одновременно в p- и n-областях через контакты входят равные количества основных носителей, вызывающих компенсацию зарядов инжектированных носителей. В результате возрастает скорость рекомбинации и появляется отличный от нуля ток через переход, который с ростом напряжения экспоненциально возрастает.

Приложение отрицательного потенциала к p-области (обратное смещение) приводит к повышению потенциального барьера. Диффузия основных носителей через переход становится пренебрежимо малой. В то же время потоки неосновных носителей не изменяются (для них барьера не существует). Неосновные носители заряда втягиваются электрическим полем в p—n-переход и проходят через него в соседнюю область (экстракция неосновных носителей).

Неосновные — это дырки в n-области и электроны в p-области. Их наличие вызвано диффузией.

На добавочный вопрос: при приложении обратного напряжения кроме диффузии неосновные носители «подгоняются» еще и эл. полем

Источник

СОБСТВЕННЫЕ И ПРИМЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ. ОСНОВНЫЕ И НЕОСНОВНЫЕ НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА.

Как и в металлах, электрический ток в полупроводниках связан с дрейфом носителей заряда. Но, если в металлах наличие свободных электронов обусловлено самой природой металлической связи, появление носителей заряда в полупроводниках определяется рядом факторов, важнейшими из которых являются химическая чистота материала и температура. В зависимости от степени чистоты полупроводники подразделяют на собственные и примесные.

Собственный — это такой полупроводник, в котором можно пренебречь влиянием примесей при данной температуре. Согласно зонной теории твердого тела твердого тела для полупроводников характерно наличие не очень широкой (

Произведение

является слабой функцией от температуры; поэтому зависимость логарифма концентрации носителей заряда от обратной температуры близка к линейной, причем наклон прямой характеризует ширину запрещенной зоны полупроводника.

Примесный — это такой полупроводник, электрофизические свойства которого в основном определяются примесями.Как правило, примеси создают дополнительные уровни в запрещенной зоне полупроводника. При малой концентрации примесей расстояние между примесными атомами велико, их электронные оболочки не взаимодействуют друг с другом. Вследствие этого примесные энергетические уровни являются дискретными, т. е. не расщепляются в зону, как это имеет место для уровней основных атомов кристаллической решетки.

Если примесные атомы находятся в узлах кристаллической решетки, то их называют примесями замещения, если в междуузлиях — примесями внедрения.

Роль примесей могут играть и всевозможные дефекты структуры. К числу таких дефектов относятся, в первую очередь, вакансии и междуузельные атомы.

Доноры и акцепторы. При малой концентрации примесей вероятность непосредственного перехода электронов от одного примесного атома к другому ничтожно мала. Однако примеси могут либо поставлять электроны в зону проводимости полупроводника, либо принимать их с уровней его валентной зоны. На рис. 7.2 показаны два случая, имеющие наибольшее практическое значение.

1. Примесные уровни, заполненные электронами при отсутствии внешних энергетических воздействий, расположены в запрещенной зоне вблизи нижнего края зоны проводимости. При внешнем возбуждении электроны с примесных уровней могут легко пере­ходить в свободную зону и участвовать в процессе электропроводности. Энергия, необходимая для таких переходов, значительно меньше энергии ионизации собст­венных атомов полупроводника, т. е. ширины запрещенной зоны. Примеси, поставляющие электроны в зону проводимости полупроводника, называют донорами. При относительно невысоких температурах переходы электронов из валентной зоны в зону проводимости не играют существенной роли. В таких материалах концентрация электронов превышает концентрацию дырок, вследствие чего они полу­чили название полупроводников n-типа. Минимальную энергию, кото­рую необходимо сообщить электрону для перевода его с донорного уровня в зону проводимости, называют энергией ионизации донора (рис.7.2,а).

2. В противоположном случае примесь может внести незаполненные уровни, располагающиеся в запрещенной зоне вблизи от верхнего края («потолка») валентной зоны. Благодаря тепловому возбуждению элект­роны из валентной зоны полупроводника забрасываются на эти сво­бодные примесные уровни. Ввиду разобщенности атомов примеси, электроны, заброшенные на примесные уровни, не участвуют в электри­ческом токе. Полупроводник с такой примесью имеет концентрацию дырок большую, чем концентрация электронов, перешедших из ва­лентной зоны в зону проводимости, и его называют полупроводником p-типа, а примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника, — акцепторами.

Минимальную энергию, которую необходимо сообщить электрону валентной зоны, чтобы перевести его на акцепторный уровень, назы­вают энергией ионизации акцептора (рис. 7.2,б).

Примеси замещения, валентность которых превышает валентность основных атомов решетки, проявляют свойства доноров. Кроме мышьяка типичными донорами в кремнии и германии являются фосфор и сурьма.

Примеси замещения, имеющие валентность меньше валентности основных атомов решетки, в ковалентных полупроводниках являются акцепторами. Помимо алюминия акцепторные свойства кремнии и германии проявляют бор, галлий, индий. Энергия ионизации акцепторов численно близка к энергии ионизации доноров.

Основные и неосновные носители заряда. Носители заряда, концентрация которых в данном полупроводнике больше, называют основными, аносители концентрация которых меньше— неосновными. Так, в полу­проводнике n-типа электроны явля­ются основными носителями, а дыр­ки — неосновными; в полупроводни­ке p-типа дырки — основными носителями, а электроны—неосновными. При изменении концентрации примесей в полупроводнике изменяется положение уровня Ферми и концентрация носителей заряда обоих знаков, т. е. электронов и дырок. Однако произведение концентраций электронов и дырок в невырожденном полупроводнике при заданной температуре в условиях термодинамического равновесия есть величина постоянная, не зависящая от содержания примесей.

Если, например, в полупроводнике n-типа увеличить концентрацию доноров, то возрастет число электронов, переходящих в единицу времени с примесных уровней в зону проводимости. Соответственно возрастет скорость рекомбинации носителей заряда и уменьшится равновесная концентрация дырок.

часто называют соотношением «действующих масс» для носителей заряда. С его помощью всегда можно найти концентрацию неосновных носителей заряда, если известна концентрация основных.

Источник

Носители заряда — Справочник химика 21

    Существуют внутренний и внешний фотоэффекты. Внутренний фотоэффект сопровождается изменением или подвижности, или концентрации носителей заряда в диэлектриках и полупроводниках и положен в основу действия вентильных фотоэлементов и фотосопротивлений. Внешний фотоэффект сопровождается эмиссией электронов с поверхности материала, из которого изготовлен фотокатод фотоэлемента. Приложение напряжения и облучение фотокатода вызывает появление в цепи тока, который прямо пропорционален интенсивности света при определенных ее значениях. Характеристики некоторых типов фотоэлементов приведены в табл. И. [c.145]
    Дипольный момент характеризует расположение зарядов в молекуле дипольный момент тем больше, чем меиее симметрично расположение зарядов. Поскольку носителями зарядов в молекуле могут быть отдельные полярные группы, например группы N02, ОН, или отдельные атомы и ионы, например С1, Вг, I, величина дипольного момента связана с положением этих групп, атомов пли ионов в молекуле. Отдельным полярным группам, входящим в состав молекулы, можно приписать определенные значения дипольного момента. Так, дипольные моменты предельных одноатомных спиртов примерно одинаковы, как это видно из следующих данных. [c.410]

    Здесь, в самых общих чертах и с известными упрощениями, будет дано представление о специфике протекания электрохимических реакций на полупроводниковых электродах, об особенностях нх кинетики. Эта специфика определяется прежде всего двойственной природой носителей зарядов и существованием в полупроводнике объемного заряда. 

[c.378]

    Так как емкость С п из за низкой концентрации носителей заряда оказывается существенно меньше всех других последовательно включенных емкостей, то именно она должна определять общую емкость С, т. е. С = Спа- [c.275]

    Химическая адсорбция происходит в тех случаях, когда свободный электрон или дырка реагирует на поверхности с молекулой из газовой фазы (такую адсорбцию называют соответственно адсорбцией акцепторного или донорного типа). Эти носители зарядов возникают при термическом возбуждении дефектов и отталкиваются от поверхнос- 

[c.28]

    Электронная теория Ф.Ф.Волькенштейна постулирует, что скорость реакций регулируется всей массой имеющихся в катализаторе нелокализованных носителей заряда — электронов или дырок. В настоящее время некоторые авторы больше внимания уделяют свойствам отдельных атомов в твердом теле и влиянию на их электронные свойства ближайшего окружения. [c.86]

    Для карбазола — одного из основных азотсодержащих веществ нефти — исследованы физические свойства (электропроводность, магнитная восприимчивость) и установлено, что в его монокристалле имеются фазовые переходы при температурах, далеких от плавления. Показано, что носители заряда возникают при термической диссоциации молекулярных экситонов на примесях. 

[c.4]

    МИ позволил проводить измерения в интервале 76—300 К. Полученные результаты приведены на рис. 2. Наблюдаемая поляриза-дия полосы поглощения монокристалла карбазола указывает на то, что ответственные за поглощение коллективные возбуждения связаны с экситонными состояниями. Наличие экситонной полосы поглощения в области Я, = 35 энергии активации проводимости, позволяет предположить, что образование носителей заряда в карбазоле происходит за счет термической диссоциации молекулярных экситонов на примесях [6, 7]. 

[c.125]

    Отметим, что в тех случаях, когда носителями зарядов служат образования из нейтральных молекул и одного или нескольких ионов — мицелл, толщина двойного слоя может достигать нескольких сантиметров. [c.113]

    Представляет интерес оценка размеров элементарных объемов — носителей зарядов в скважинной жидкости на основе полученного результата. Для этого определим сначала объемную плотность зарядов жидкости Q3 =//среднюю величину элементарного заряженного объема жидкости K-J = заряд электрона (элементарный заряд). [c.118]

    Диэлектрические материалы поляризуются также и в результате радиоактивного облучения. Для горных пород это имеет важное практическое значение, поскольку в геохимии известны сотни радиоактивных изотопов с периодами полураспада, изменяющимися в очень широких пределах. Например, при облучении диэлектрических сред пучком электронов энергия частиц может быть такой, что они будут проходить через материал (проникающая радиация), либо такой, что частицы будут поглощаться породой (непроникающая радиация). Проникающая радиация вызывает накопление носителей зарядов вследствие захвата заряженных частиц, пришедших извне (электронов, ионов) и образования заряженных частиц в период облучения (например частицами). В горных породах электрические объемные заряды могут накапливаться вблизи границы раздела радиоактивной и нерадиоактивной пород с высоким удельным электрическим сопротивлением, 

[c.133]

    Аналогичным поведением могли бь1 характеризоваться также многокомпонентные системы, какими являются битумы, и при невысокой температуре в них может произойти увеличение диэлектрических потерь в результате электропроводности. Однако трудно себе представить какую-либо связь между пространственными зарядами и максимумом диэлектрических потерь при высоких температурах, когда носители зарядов более подвижны. [c.42]

    Совокупность химически связанных атомов представляет собой сложную систему атомных ядер и электронов. Между этими носителями зарядов действуют силы электростатического взаимодействия (притяжения и отталкивания). 

[c.41]

    Применение газового зазора иллюстрируется на рис. 1.9. При подаче высокого напряжения на коронирующие электроды в газовой среде над поверхностью нефти образуется коронный разряд. Движение носителей зарядов в нефти вызывает появление потоков в слое жидкости. В результате возникает интенсивное перемешивание и взаимодействие капель, приводящее к их слиянию. [c.19]

    Как уже было показано, при соприкосновении двух таких различных электропроводящих фаз, как металл и вода, на их границе возникает разность (скачок) потенциалов. Более сильно это явление проявляется с увеличением электропроводности жидкой фазы, например при погружении металла в раствор электролита. Находящиеся в электропроводящих фазах носители зарядов разного знака (положительные и отрицательные ионы или электроны) пересекают фазовую границу в неодинаковых количествах (во многих случаях пересечь ее могут носители заряда только одного знака). Следовательно, в одной фазе образуется избыток положительных зарядов, а в другой — отрицательных. Возникает разность потенциалов. [c.31]

    Как было показано, при соприкосновении двух различных электропроводящих сред, таких, как металл и электролит, на их границе возникает разность (скачок) потенциалов. Находящиеся в средах носители зарядов разного знака (положительные и отрицательные ионы и электроны) пересекают фазовую границу в неодинаковых количествах. Часто эту границу может пересечь носитель заряда только одного знака. Следовательно, в одной фазе образуется избыток положительных зарядов, а в другой — отрицательных. Возникает разность потенциалов. [c.30]

    Е(к) —энергия носителя заряда  [c.164]

    Как уже отмечалось, н полупроводника рода носителей заряда отрицательные—электроны и положительные — дырки. Поэтому проводпнкн по ряду свойств похожи на электролиты, где также присутствуют отрицательные и положител( Пые носители электричества — апиопы и катионы. Эта аналогия обнаруживается и и строении двойного электрического слоя, В ре.чультате наложения сил теплового движения и сил взаимодействия (притяжения и отталкивания) с поверхностью полупроводника внутри песо вблизи Гранины раздела устанавливается диффузное распределение зарядов и возникает так называемый объемный заряд. Таким образом, двойной электрический слой на границе раздела включает в себя как бы два слоя Гуи — один в раство- [c.274]

    В этом уравнении опущена незначительная энергия отдачи и введена работа выхода ( 4 эВ) внутренних металлических поверхностей спектрометра РФС. Работа выхода материала спектрометра — это энергия, необходимая для удаления электрона с поверхности спектрометра. Работа выхода образца отличается от работы выхода материала спектрометра. Образец в спектрометре РФС находится в электрическом контакте со спектрометром, и, если имеется достаточное число носителей заряда (многие образцы представляют собой диэлектрики и носители заряда образуются в ходе облучения), уровни Ферми для образца и спектрометра будут одни и те же. Уравнение (16.25) можно понять, рассмотрев экспфимент РФС. При фотоионизации электрон образца получает некоторую кинетическую энергию ,. Для того чтобы попасть в спектрометр, электрон должен пройти через входную щель. Поскольку рабочие потенциалы спектрометра и образца различны, кинетическая энергия электрона изменяется до что обусловлено либо ускорением, либо замедлением фотоионизованного электрона входной щелью. В камере спектрометра электрон имеет кинетическую энергию и эта энергия измеряется прибором. Таким образом, для соотнесения энергии связывания с уровнем Ферми в выражение вводится К счастью, нет необходимости знать работу выхода каждого образца. [c.334]

    Полупроводимость возрастает или убывает, если при адсорбции образуются или соответственно уничтожаются носители зарядов. Так, водород (донор) понижает проводимость полупроводников р-типа (N 0, СГ2О3) и повышает проводимость полупроводников п-типа (2пО, 5г) [68], в то время как кислород (акцептор) производит противоположное действие [69]. [c.30]

    Физическая природа электризации тел трением до сих пор полностью не ясна. В соответствии с современными представлениями трение обеспечивает более тесное соприкосновение различных точек поверхностей тел, облегчая переход носителей электрических зарядов от одного контактируюшего тела к другому в случае различной концентрации в них носителей зарядов. Кроме этого, как указывал Я. И. Френкель, при трении происходит локальный рост температуры из-за абразивного процесса и снижения поверхностного натяжения. За счет этого выделяется большое количество энергии. Локальный рост температуры в местах контакта может оказаться достаточным для появления некоторого количества свободных носителей, переход которых и создает заряды. Электризация происходит и в результате трения тел из одного материала. При этом тело, нагретое до более высокой температуры, заряжается положительно. [c.127]

    Помимо этого вида релаксационной поляризации акад. А. Ф. Иоффе была установлена объемно-зарядовая поляризация (рис. 23, г), тесно связанная с электрической проводимостью. Впоследствии этим термином стали называть ряд явлений, сходство между которыми состоит в том, что поляризация в диэлектриках происходит за счет образования объемных зарядов. Сущность объемно-зарядовой поляризации заключается в том, что при движении свободных носителей заряда через диэлектрик они могут не дойти до заряженных поверхностей, к которым движутся, или подойти к ним, но не разрядиться. Тогда в диэлектрике остаются объемные заряды положительные у отрицательной поверхности и отрицательные у положительной. Эти заряды смещены не на микрорасстояния, как при обычной поляризации, а на макрорасстояния. Причина указанных явлений еще полностью не ясна. Считается, что продвижению свободных зарядов могут мешать дефекты кристаллических решеток, которые способны в некоторых случаях захватывать электроны или ионы. Иногда ионы, дошедшие до электродов, не успевают полностью разрядиться за то время, в течение которого подходят новые ионы. [c.131]

    Битумы обнаруживают тенденцию к образованию максимума диэлектрических потерь при более высоких температурах. На основании своих более поздних исследований, проведенных на битуме, в котором он увеличивал содержание асфальтенов, Сааль [44] объяснил это явление эффектом Максвелла — Вагнера. В этом случае диэлектрик состоит из двух или более компонентов с различными диэлектрическими постоянными и проводимостями. В подобных системах обычно имеются такие носители зарядов, которые могут перемещаться в теле диэлектрика на определенное расстояние. Когда движение носителей зарядов задерживается (в результате их захвата в самом теле диэлектрика или на поверхности раздела либо в результате невозможности их разряда и отложения на электродах), наблюдается появление пространственных зар>дов [451, вызывающих искажение макроскопического поля. Это явление возникает также в результате поверхностной поляризации. [c.42]

    Тубулены представляют собой офаниченные фафеновые плоскости, свернутые в виде цилиндра. Это свертывание накладывает офаничения на возможные значения энергии электронов из-за появления замкнутых траекторий. Поэтому, в энергетическом распределении плотности носителей заряда по энергиям характерно появление особенностей в виде пиков (см., например [1]) при [c.138]

    Буквами обозначены графики для разных значений уровня Ферми а -30 мэВ Ь — 60 мэВ. Сплошные линии соответствуют концентрации носителей заряда равной 0.1×10 см пунктирные — 2×10 см.  [c.138]

    Известно, что бор ча Стично растворяется в решетке, о.бразуя раствор замещения, а частично локализуется на границах кристаллитов, находясь как в атомарном состояиии, так и в виде вкраплений фазы карбида бора. Каждый атом замещеиия создает в валентной зоие одну дырку, тем самым изменяя концентрацию носителей заряда. Однавременно р.аств.орен1ие бора в решетке должно вызвать дополнительное рассеяние и соответственно уменьшение эффективной длины свободного пробега носителей заряда. В отличие от этого бор, находящийся на границах кристаллитов, не изменяет концентрацию носителей заряда и, очевидно, не влияет на их рассеяние (это предположение справедливо до тех пор, пока [1], существованием другой фазы можно пренебречь). [c.163]

    Как было опмечено выше, ион изнрованные атомы бора вызывают дополнительное рассеяние носителей заряда. Длину 1свободно1го пробега /в, соответствующую этому механизму, можно оценить исходя из выражения(4)  [c.165]

    Исследованы при комнатной температуре и температуре жидкого азота эффект Холла и электросопротивление пироуглерода с температурой осаждения 2100°С, содержащего различное количество бора. Полученные данные обработаны с использованием электронно-энергетической модели Херинга—Уоллеса в предположении применимости кинетического уравнения Больцмана. Сделан вывод о существовании двух основных механизмов рассеяния носителей заряда в исследованных материалах — на ионизированных атомах бора и на собственных дефектах структуры. Оценены соответствующие им длины свободного пробега. Предложена формула, описывающая зависимость электросопротивления пироуглерода от содержания в нем растворенного в решетке бора. Ил. 1. Табл. 2. Список лит. 3 назв. [c.267]

    Все свойства графитового монокристалла электрофизические, механические, теплофизические имеют ярко выраженную анизотропию. Это связано с отмеченным выше анизотропным распределением состояний а- и тг-электронов в кристалле графита и различием эффективных масс электронов и дырок вдоль и перпендикулярно слою. Значения эффективных масс носителей заряда вдоль слоя равны 0,06то и 0,04то и перпендикулярно слою 14то и 5,7то соответственно. [c.24]

---

Свободный носитель — электрический заряд

Свободный носитель — электрический заряд

Cтраница 1

Свободные носители электрического заряда, которые образуются благодаря переходу электронов из валентной зоны в зону проводимости полупроводника, называются собственными носителями, а проводимость, обусловленная ими, — собственной проводимостью. И хотя не существует полупроводников, в которых имеются только собственные носители и которые обладают собственной проводимостью, во многих случаях необходимо учитывать наличие собственной проводимости и ту роль, которую играют в полупроводнике собственные носители заряда.  [1]

Количество свободных носителей электрических зарядов в единице объема твердого тела определяет величину электрической проводимости в этом теле.  [2]

В данном случае свободные носители электрических зарядов появились благодаря примеси, которая создает избыточные электроны.  [4]

Явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в вакууме называется электрическим током проводимости.  [5]

Электрический ток в проводниках образуют свободные носители электрического заряда. Электропроводность металлов называется электронно и, а электролитов — ионной.  [6]

Материалы, содержащие незначительное число свободных носителей электрических зарядов, являются плохими проводниками электрического тока и называются изоляторами.  [7]

Почему при неизменных внешних условиях число свободных носителей электрических зарядов в полупроводнике остается постоянным, хотя образование пар электрон — дырка происходит непрерывно.  [8]

Почему при неизменных внешних условиях количество свободных носителей электрических зарядов в полупроводнике остается постоянным, хотя образование пар электрон — дырка происходит непрерывно.  [9]

Почему при неизменных внешних условиях количество свободных носителей электрических зарядов в полупроводнике остается постоянным, хотя образование пар электрон — дырка происходит непрерывно.  [10]

В структуре любого тела имеется некоторое число свободных носителей электрических зарядов: электронов — в металлах, полупроводниках и плазме; ионов — в расплавленных электролитах и их растворах. В электрическом поле указанные частицы приобретают направленное ( упорядоченное) движение, получившее название электрического тока.  [11]

Электрическим током проводимости называют явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или вакууме.  [12]

Электрическим током проводимости принято называть явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в пустоте.  [13]

В основе электрических явлений в полупроводниковых приборах лежат процессы движения свободных носителей электрических зарядов — частиц, не связанных с отдельными атомами и способных свободно перемещаться в кристаллической структуре. В полупроводниках свободные носители: зарядов могут образоваться в результате разрыва валентных связей и отделения от атомов полупроводника валентных электронов либо в результате ионизации атомов примесей. Процессы образования свободных частиц называют генерацией свободных носителей заряда, а процессы возвращения свободных частиц в связанное состояние — рекомбинацией.  [14]

В фотонных детекторах поглощенные кванты излучения ( фотоны) увеличивают число свободных носителей электрического заряда, изменяя электрическое состояние чувствительного элемента. При использовании эффекта фотопроводимости поглощенное ИК-излучение изменяет электропроводность чувствительного элемента. В рамках фотовольтаического эффекта, поглощенное излучение создает электронно-дырочные пары вблизи р-п перехода, генерируя электрический ток. В меньшей степени в детекторах ИК-излучения используют фотоэлектромагнитный эффект.  [15]

Страницы:      1    2

Электрический ток в металлах

итак вы написали контрольную работу по теме магнетизм получили уже тематические оценки и мы приступаем к изучению последние темы в этом учебном году тема небольшая но очень важно речь пойдет о чем ребята что такое электрический ток направленная максим направленное движение заряженных частиц для того чтобы электрический ток существовал необходимо чтобы существовали свободные заряженные частицы в веществе если в веществе существуют свободные заряженные частицы то как называется такое вещество проводник есть диэлектрики в них заряженные частицы не могут свободно упорядочена двигаться а в проводниках они могут упорядочено двигаться и существуют разные виды проводников и вот этот раздел мы с вами посвятим природе носителей заряда тех самых заряженных частиц в различных веществах и так тема раздела электрический ток в различных средах электрический ток в различных средах подчеркиваем двумя линиями этим и будем заниматься до конца учебного года а теперь тема сегодняшнего урока характер движения носителей заряда в проводнике . электрический ток в металлах характер движение носителей зарядов в проводнике электрический ток в металлах домашнее задание на послезавтра на среду конспект задач по этой теме я пока вам не задаю потому что мы еще не изучили достаточно много материала но нам предстоит писать зачетную контрольную работу скоро 23 числа значит для подготовки к этой зачетной контрольной работе на повторение задач из задачника генденштейн а с вот такими номерами 1632 1645 1650 это на закон ома соединение проводников и 1729 и 1756 это на мощности работу электрического тока на тепловое действие электрического тока но теперь слушайте и не говорите что не слышали и так электрический ток это направленное движение заряженных частиц эти частицы мы будем в дальнейшем называть носителями заряда так принято в физике и для того чтобы существовал электрический ток необходимо выполнение как вы помните трех условий чтобы существа длительный электрический ток нужно наличие заряженных частиц что еще электрическое поле и замкнутой электрическая цепь сегодня мы посвятим сегодня и на ближайших уроках мы посвятим наше внимание именно природе этих самых свободных носителей заряда как они движутся на светит неподвижного ничего не бывает даже если тело вот этот кусочек мела стоит на столе и он неподвижен самом деле внутри этого кусочка мела движутся молекулы как они движутся пожалуйста ли они колеблются вокруг своего положения равновесия это хаотические колебания и поэтому даже если у вас электрический ток не течет носители зарядов в проводнике все равно движутся но они движутся хаотически давайте сейчас изобразим приблизительно как они движутся если в проводнике не существует электрического поля без поля вес электрического поля тепловое движение выглядит приблизительно так носитель заряда сразу хочу сказать мы с вами сейчас работаем в рамках моделей классической физики на самом деле квантовая механика немножечко по-другому рассматривает это движение но экспериментальные данные можно объяснить и опираясь на ту модель о которой сейчас идет речь а модель такая носитель заряда частичка это частичка движется в теле от столкновения до столкновения с чем она сталкивается как вы думаете в твердом теле кроме электронов допустим есть ионные вот заряженная частица например электрон движется сталкивается с ионами кристаллической решетки и в целом не существует направленного движения она движется от столкновения до столкновения хаотически собственно это немножко напоминает броуновское движение но ни в коем случае не путайте с ним потому что броуновское движение это движение частицы которую можно рассмотреть в микроскоп но это движение под действием вот таких вот ударов случайно в направлении случайной величины и так без электрического поля в движении носители заряда отсутствует какое-то выделенное направлении хаотическое движение хаотическое движение а теперь включаем электрическое поле в электрическом поле как вы думаете в электрическом поле хаотическое движение останется или она напрочь исчезнет останется конечно ведь температура все равно отлично от нуля и он и колеблются и когда допустим электрон если речь пойдет о металлах а сегодня речь как раз о них пойдет натыкается на этот ион он в случайном направлении может отскочить значит хаотическое движение сохраняется но поскольку проводник у нас сейчас находится в электрическом поле то на это хаотическое движение накладывается упорядоченное движение такое упорядоченное движение физики называют дрейфом и тогда если сложить вместе дрейф его и движение с хаотическим то картина будет выглядеть примерно так допустим электрическая сила действует вправо тогда электрическая сила тянет носитель зарядов право но он по дороге натыкаются на ионы кристаллической решетки и в результате может двигаться очень хитрым образом сложно но в целом в его движении появляется упорядоченность вот я сейчас возьму мел другого цвета и мы соединим начальное положение с конечным вот теперь сюда переместился носитель заряда то есть мы имеем дело с хаотическим движением плюс упорядоченное плюс coupe я до черная и я уже сказал что это упорядоченное движение называется дрейф если мы разделим вот это расстояние между начальным и конечным положением обозначу его например буквой s на время за которое носитель заряда отсюда пришел сюда то мы получим дрейфа вую скорость дрейфа vaio скорости грифовая скорость давайте я обозначу буквой l лучше почему то что буквой s нам сейчас пригодится это или в равняется эй делить на t значит что такое цель это расстояние которое прошел под действием электрической силы носитель заряда а то время за которое пройдено это расстояние и вот поставим перед собой такую задачу научиться связывать силу тока в проводнике с дрейфа вай скоростью и так задача известно дрейф avaya скорость до на надо найти силу тока в проводнике давайте займёмся этим вплотную нарисуем проводник вот проводник длина этого проводника обозначен вот этой самой буквой l допустим носители заряда движутся в среднем вправо что значит в среднем это значит что направление дрейфа будет в правую сторону но на это дрейф его и движение конечно накладывается тепловое но мы о нем забудем сейчас пренебрежем и вот внутри проводника носители заряды движутся все вот сюда направленное движение носители заряда это электрический ток давайте введём следующую величину допустим здесь n носители заряда допустим весь проводник занимает объем v объем проводника тогда давайте разделим количество носителей заряда который вот тут есть на объем этого проводника и это отношение обозначим маленькой буквой н а вот эта величина отношение количества частиц в нашем случае носителей заряда к объему которой они занимают называется концентрация носителей заряда концентрация носителей заряда кстати в каких единицах измеряется концентрация носителей заряда штуки это безразмерная величина объем в каких единицах измеряется в кубических метрах значит концентрация измеряется в обратных кубических метрах хорошо эта величина нам пригодится теперь что мы хотим найти мы хотим найти силу тока а что такое сила тока кто-то может вспомнить артема за единицу времени это количество заряда прошедшие через поперечное сечение проводника за единицу времени где это поперечное сечение вот обозначим его площадь буквой s площадь поперечного сечения и количество заряда прошедшие через это поперечное сечение кстати такой же пройдет и через это просто заря тут не накапливается мы обозначим q общее q общее за время t в течение которого мы наблюдаем за системой тогда сила тока будет равняться отношению к общее делить на время в течение которого этот заряд прошел через поперечное сечение а теперь смотрите допустим мы наблюдаем протекание тока в течение такого времени когда носитель заряда прошел отсюда досюда то есть прошел расстояние и мы можем сказать сколько носителей заряда при этом ваш лов проводник и вышла из проводников если носители заряда все прошли вот это расстояние то те носители которые находятся здесь выходят через это площадь поперечного сечения и принимают участие в только переносе то есть к общее это и есть заряд который сосредоточен сейчас вот здесь заряд свободных носителей заряд одного носителя мы обозначим буквой q заряд одного носителя тогда у общее мы узнаем если заряд одного носителя умножим на количество носителей в этом куске проводника умножим на n с одной стороны с другой стороны величину н мы можем найти умножив концентрацию на объем n равняется концентрация умножить на объем а теперь посмотрите как найти объем вот этого проводника он имеет форму цилиндра площадь поперечного сечения с а длина l как найти объем умножить умножить площадь поперечного сечения на длину длина это высота нашего цилиндра тогда мы можем написать в скорость объем равняется n умножить на с подставляя объем вот сюда мы получаем n равняется концентрация умножить на r на s теперь мы подставляем количество носителей заряда вот сюда и получаем q общее равняется заряд одной частицей умножить на число частиц вот она н.с. и наконец подставляем вот этот заряд прошедшие за время t через поперечное сечение проводника формулу для силы тока что у нас получается вот что сила тока равняется дроби в числителе у нас заряд у н.с. в знаменателе время прохождения заряда а теперь посмотрите внимательно на эту формулу что такое эль делить на t el это длина проводника и заодно кстати это расстояние которое прошли носители заряда от одного конца проводника до другого если мы расстояние пройденное носителями заряда от одного конца проводника до другого поделим на время что на узнаем дрейфа вую скорость вот это и есть в трефовая скорость так что можем решение задачи считать завершенным сила тока в проводнике вот таким образом связано с дрейф ивой скоростью и равняется q нсб q это заряд 1 частички одного носителя н концентрация носителей заряда то есть количество носителей заряда в одном кубическом метре проводника с площадь поперечного сечения проводника в дрейф его я скорость мы видим с вами что чем быстрее движутся носители заряда тем больше сила тока чем больше концентрация носителей заряда тем больше сила тока чем больше площадь поперечного сечения проводника тем больше сила тока кстати связь силы тока с площадью поперечного сечения для нас должна быть очевидно вы помните что сопротивление проводника обратно пропорциональна площади поперечного сечения а чем меньше сопротивление тем больше сила тока так что это здесь работает вот как движутся носители заряда в любом проводнике если это металл если эта жидкость в любом случае на движение случайно и тепловое накладывается упорядоченное движение вот можно привести такой образ представьте себе лук на нем пасется корова допустим она стоит на месте над коровой вьются мошки какой характер движения этих мошек хаотически они летают совершенно беспорядочно и вот движение этих мушек напоминает движение носители заряда в проводнике в котором нет электрического поля а теперь допустим корова пошла корова идет движется в определенном направлении но над ней продолжают виться эти ножки на движение этих мушек накладывается упорядоченное движение коровы и получается приблизительно такая картина как картина движение носителей зарядов в проводнике в котором течет электрический ток ну а теперь переходим к конкретным веществам мы с вами рассмотрим природу электрического тока в металлах в жидкостях в полупроводниках в газах впереди большая работа но начнем с электрического тока в металлах вы узнаете что свободными носителями заряда в металлах являются электроны свободные электроны но а как же люди узнали что именно свободные электроны являются свободными носителями заряда являются носителями заряда в металлах ответить на этот вопрос было непросто но прежде чем говорить об этом я хочу вам дать ссылку на одну повесть артура конан дойля вы наверное знаете самую знаменитую книгу конан дойля это записки о шерлоке холмсе но у него есть еще повесть которая называется открытие ruffle за холм прочитайте конан дойль я как раз его читал где-то классе восьмом помню оторваться было невозможно кто же такой был раффлз холл это был ученый который хотел получить золото из других материалов достаточно стандартная задача перед алхимиками ну книга была опубликована в 1891 году уже был известен электрический ток и вот раффлз how решил а что если я буду пропускать электрический ток через разные материалы если пропускать ток через разные материалы а вдруг они будут превращаться из одного в другой и можно таким образом получить золото он как-то вечером установил брусок из свинца в тисочки таки с одной стороны контакт с другой стороны контакт и подключил к батарее и начал пропускать электрический ток все это было в штативе пошел спать на утро приходит свинца нет кусочек пропал где он он смотрит а на полу лужа блестящего чего-то это было ртуть написал конан дойл значит ухуууу рафу за how из свинца получилось ртуть и вот похожий опыт в 1901 году провел немецкий физик реки опыт рыбки норики был достаточно грамотным человеком чтобы не ожидать что ему удастся получить золото и опыт был похож на опыт ruffle за хау он взял цилиндрик но только не из одного металла а3 цилиндрика из трех точнее из двух металлов один цилиндрик алюминиевый посередине медный и с этой стороны тоже алюминиевый он сжал их специальными this очками и пропускала электрический ток через вот эту структуру сюда он подключил положительный полюс батареи сюда отрицательно наверное там еще реостат был чтобы короткого замыкания не было я его не буду рисовать вот такая электрическая схема и пропускал электрический ток через эту систему в течение одного года за это время через структуру прошел зарядку три с половиной миллиона кулона после этого реки а делал он это все тысяча 900 девятьсот первом году завершил я описал этот опыт реке разделил эти цилиндрики и посмотрел не появилось ли что-нибудь от алюминия там где медь и не появилось ли что-нибудь в алюминии не обменялись ведь чем-нибудь медь и алюминий а нет ли каких-то следов с этой стороны и с этой стороны чего-то чего там раньше не было то есть не привел или электрический ток через эту систему перемещению чего-то имеющего отношения к днк red на камеди или конкретно к алюминию ну там допустим атомов меди или атомов алюминия как это бывает при диффузии для диффузии тут слишком низкая температура диффузии не происходило реки ничего не обнаружил но здесь есть носители заряда есть потому что медь проводник здесь есть носители заряда есть потому что алюминий тоже проводник и раз входит движение носителей заряда отсюда сюда не здесь не здесь ничего не изменилось это значит что им алюминии и в меде носители заряда одни и те же вот первый вы который был сделан физиками в любом металле носители заряда одни и те же они не являются характеристикой данного металла следующий вопрос а что же это за носители заряда ведь существует множество разных заряженных частиц ответ на этот вопрос был дан позже в 1913 году в то время в российской империи физики мандельштам и папалекси мандельштам и папалекси папалекси видимо греческого происхождения фамилия они сумели установить знак свободных носителей заряда в металлах установили знак носители заряда немножко позже в 1916 году американцы томмен истер не только подтвердили то что носители заряда в металле имеют отрицательный знак но и доказали что это электронной доказали что это электрон и как же они это сделали а идея очень простая представьте себе что вы едете в трамвай который движется с достаточно большой скоростью и по какой-то причине трава резко затормозил куда вы начнете двигаться вперед потому что вы обладаете инертностью трамвай изменил свою скорость а для того чтобы тело изменила свою скорость нужно какое-то время и вот вы некоторое время движетесь в направлении в котором раньше двигался трамвай теперь давайте сделаем следующий шаг давайте возьмем трубку загнутую свернутую в кольцо вот такую трубку свернутую в кольцо вот ось вокруг которой мы эту трубку быстро раскрутим допустимые и вращаем в эту сторону в трубке находятся шарики которые могут свободно перемещаться вдоль трубки трубку раскрутили шарики вместе с трубкой раскрутились а потом эту трубку резко затормозили вот тут например два таких вот тормоза с одной стороны и с другой стороны тормозах если мы прижимаем тормозок трубки в какую сторону частицы начнут двигаться по инерции они будут двигаться в ту же сторону в которую крутилась раньше трубка то есть направление движения частиц вот а теперь вспомним что внутри металла есть свободные носители заряда они подобны шариком и что если мы возьмем из металла сделаем кольцо быстро его заставим вращаться а потом резко затормозил электроны по инерции будут продолжать двигаться у них масса хоть и крошечное 10 минус 30 приблизительно килограмма но она есть значит чтобы электроны остановились нужно какое-то время и вот тогда в ходе торможения здесь будет направленное движение электронов направленное движение электронов от электрический ток надо только его зафиксировать для этого нужно взять проводник и как то выводы из него сделать и вот сейчас мне предстоит нарисовать очень сложны для меня рисунок но я попробую мне просто интересно получиться или нет каким образом можно отвести ток от этого кольца рисуя за мной сначала рисуйте чуть-чуть карандашиком потом на видео и так вот наше кольцо мы хотим от него отвести выводы чтобы обнаружить только в этом кольце сделаем следующий один вывод будем вести вниз вот так а второй вывод будем вести вверх один вывод вниз второй вверх а так теперь можно навести эту картинку значит вот кольцо провод идущий вверх дальше он вот так вот уходит вниз и 2 вторая часть так итак о вот все лишнее стираем получается что мы кольцо разорвали и один краешек пустили вниз а второй вверх а теперь раскрутим это кольцо точно так же как мы делали вот там снабдим эту систему двумя тормозами вот так и для того чтобы обнаружить ток подключим сюда гальванометр здесь можно сделать игольчатые скользящие подшипники так что контакт будет электрический хорошим и при этом он не будет препятствовать вращению а сюда подключим гальванометр а теперь самое главное смотрите когда мы раскрутили это кольцо и резко затормозили куда пойдут частицы носители заряда они по инерции буду двигаться в эту же сторону значит они двигаясь вот сюда куда им деваться дальше они по этому проводу пойдут вверх значит частицы пойдут по проводу сюда движение частиц раз здесь направленное движение частиц значит тут течет электрический ток а теперь вопрос что принимается за направление электрического тока что мы принимаем за направление электрического тока артём направление движения положительно заряженных частиц гальванометр прибор со стрелкой посередине 0 у него находится посередине он способен зарегистрировать ток текущие как в одну так и в другую сторону и вот если носителями заряда в металле являются положительные частицы то куда потечет ток туда же куда движутся частицы значит он потечёт сюда ток если частицы движущиеся в металле имеют над плюс заряд у них положительный а если носителями заряда являются отрицательно заряженные частицы то если отрицательно заряженные частицы двигаются вот так куда течет ток в противоположную сторону ток если частицы заряжены отрицательно и вот мандельштам и папалекси измеряя направление токов подобной системе выяснили что заряд частиц отрицательной от огненный стюарт эту систему усовершенствовали и измерили отношения заряда электрона к массе эта величина называется удельный заряд q делить на м и оказалось что таким отдельным зарядом таким отношениям заряда к массе обладают электроны так было доказано что носителем заряда в металлах были электроны конечно же у томми на и стерта установка была немножко не такая это не был один виток дело в том что если сделать такую установку то ток который тут протекает ничтожно маленький и гальванометр его не зарегистрируют но как можно это так увеличить как ты думаешь конечно надо сделать катушку и вот упал мины и стерта катушка содержала тысячи витков провода и установка толмана и стерта мандельштама папалекси была похожая установка тол не нова и стерта было устроено вот так катушка с огромным количеством витков 1 и второй провод присоединены к верхней и нижней половинке оси вот ось вокруг которой вращается в цилиндр вот отсюда проводок выходит подключен вот сюда допустим это внешне а начало провода подключены сюда как то вот так покажем пунктир чиков дальше здесь были скользящие контакты и они точно также как здесь были подключены гальванометр у катушка до высокой скорости раскручивалась двигателем и резко тормозилась с помощью тормозных колодок что-то такое этот тормоза один тормоз 2 тормоз скользящий контакт скользящий контакт катушка с проводом когда tall man i стюарт измерили зависимость тока который тут протекал от времени и at&t у них получился вот такой график по вертикали мы отложим силу тока по горизонтали время вот этот момент здесь ноль начала торможения начала торможения как только колодки прижались началось торможение потек ток и он успокоился после того как он прекратил течь после того как катушка остановилась остановка катушки анализируя этот график зная каким проводом какой длины намотали катушку да какой угловой скорости какой частоты раскрутили катушку толкину стюарт смогли доказать что носителями заряда в металле являются электронной долю [музыка] как только катушка остановится и и скорость перестанет меняться значит носители заряда уже будут двигаться не упорядочен это будет тока тепловое движение а раз тепловое движение ток не течет инерция чего электронов ребята дело в том что электрон и имеют массу 9 и 1 на 10 в минус 31 килограмм а поэтому они останавливаются тут же как практически тут же как только останавливается катушка то есть остаток времени после остановки катушки очень короткий но это хороший вопрос на самом деле вы его задали меня этим порадовали ну и заключение давайте посмотрим небольшой видеофрагмент посвященный тому о чем я вам уже сейчас рассказывал электрический ток в металлах [музыка] нет тут не диктуют 5 поставил первый опыт для вы их не не вопросах что является носителем заряда за металлу ну он пропускал электрический ток через три цилиндра из разных металлов два явления один из небе [музыка] кто-то белки более года [музыка] через цилиндр и прошел огромный заряд порядка миллиона кулон [музыка] у однако русская не обнаружил какого-либо переноса вещества а цилиндров цилиндров он высказал предположение электрическая проводимость металлов обусловлено применением каких-то на крупные заряда одинаковых для всех металлов [музыка] 1912 году русские судить e-elt мандельштам упа палетки поттеры опыт по обнаружению инерционного движения носителей заряда в металлу прекратили колебаниях катушке или фоне слышался звук следовательно хотим возникал электрический ток понять это явление поможет простая аналогия при остановке модели жидкость продолжает движение планеткой точно также по инерции должны двигаться в металлах свободные носители зарядов однако опыт мандельштама по порядку еще не выиграл природу носителей зарядов 1916 году американский suzuki туман питер видоизменили этот опыт потому что вращалась большой скоростью и резко тормозилась и лоток измерялось дрова номером [музыка] обратите внимание на показания прибора [музыка] мы отмолить мне удалось установить что свободные носители заряда в металлах электрон и эти опыты легли в основу электрон ним сегодня проводимости металлов [музыка] между ионами представить идти решетки металла хотите приблизиться свободные электроны покажется электрического поля нет 5 куклу с электронов не перемещается вдоль проводника каменный цветок отсутствует [музыка] одни thinking стационарного электрического поля электроны начинают смещаться вдоль проводника [музыка] [аплодисменты] едрить электронов по проводнику и там есть электрический ток в металлах [аплодисменты] [музыка]

определение, особенности и интересные факты

1. Ионизация, ее сущность и виды.

Первым условием существования электрического тока является наличие свободных носителей заряда. В газах они возникают в результате ионизации. Под действием факторов ионизации от нейтральной частицы отделяется электрон. Атом становится положительным ионом. Таким образом, возникает 2 типа носителей заряда: положительный ион и свободный электрон. Если электрон присоединится к нейтральному атому, то возникает отрицательный ион, т.е. третий тип носителей заряда. Ионизированный газ называют проводником третьего рода. Здесь возможно 2 типа проводимости: электронная и ионная. Одновременно с процессами ионизации идет обратный процесс- рекомбинация. Для отделения электрона от атома надо затратить энергию. Если энергия поводится извне, то факторы способствующие ионизации, называются внешними (высокая температура, ионизирующее излучение, у/ф излучение, сильные магнитные поля). В зависимости от факторов ионизации, ее называют термоионизацией, фотоионизацией. Также ионизация может быть вызвана механическим ударом. Факторы ионизации делятся на естественные и искусственные. Естественная вызвана излучением Солнца, радиоактивным фоном Земли. Кроме внешней ионизацией есть внутренняя. Ее делят на ударную и ступенчатую.

Ударная ионизация.

При достаточно высоком напряжении, электроны разогнанные полем до больших скоростей, сами становятся источником ионизации. При ударе такого электрона о нейтральный атом происходит выбивание электрона из атома. Это происходит, когда энергия электрона, вызывающего ионизацию, превышает энергию ионизации атома. Напряжение между электродами должно быть достаточным для приобретения электроном нужной энергии. Это напряжение называется ионизационным. Для каждого имеет свое значение.

Если энергия движущегося электрона меньше, чем это необходимо, то при ударе происходит лишь возбуждение нейтрального атома. Если движущийся электрон сталкивается с предварительно возбужденным атомом, то происходит ступенчатая ионизация.

2. Несамостоятельный газовый разряд и его вольт-амперная характеристика.

Ионизация приводит к выполнению первого условия существования тока, т.е. к появлению свободных зарядов. Для возникновения тока необходимо наличие внешней силы, которая заставит заряды двигаться направленно, т.е. необходимо электрическое поле. Электрический ток в газах сопровождаются рядом явлений: световых, звуковых, образование озона, окислов азота. Совокупность явлений сопровождающих прохождением тока через газ- газовый разряд . Часто газовым разрядом называют сам процесс прохождения тока.

Разряд называется несамостоятельным, если он существует только во время действия внешнего ионизатора. В этом случае после прекращения действия внешнего ионизатора не образуются новые носители заряда, и ток прекращается. При несамостоятельном разряде токи имеют по величине небольшое значение, а свечение газа отсутствует.

Самостоятельный газовый разряд, его виды и характеристика.

Самостоятельный газовый разряд — это разряд, который может существовать после прекращения действия внешнего ионизатора, т.е. за счет ударной ионизации. В этом случае наблюдается световые и звуковые явления, сила тока может значительно увеличиваться.

Виды самостоятельного разряда:

1. тихий разряд -следует непосредственно за несамостоятельным, сила тока не превышает 1 мА, звуковых и световых явлений нет. Применяется в физиотерапии, счетчиках Гейгера — Мюллера.

2. тлеющий разряд . При увеличении напряжения тихий переходит в тлеющий. Он возникает при определенном напряжении — напряжении зажигания. Оно зависит от вида газа. У неона 60-80 В. Также зависит от давления газа. Тлеющий разряд сопровождается свечением, оно связано с рекомбинацией, идущей с выделением энергии. Цвет также зависит от вида газа. Применяется в индикаторных лампах (неоновых, у/ф бактерицидных, осветительных, люминесцентных).

3. дуговой разряд. Сила тока 10 — 100 А. Сопровождается интенсивным свечением, температура в газоразрядном промежутке достигает нескольких тысяч градусов. Ионизация достигает почти 100%. 100% ионизированный газ — холодная газовая плазма. У нее хорошая проводимость. Применяется в ртутных лампах высокого и сверхвысокого давления.

4. Искровой разряд — это разновидность дугового. Это разряд импульсно — колебательного характера. В медицине применяется воздействие высокочастотных колебаний.При большой плотности тока наблюдаются интенсивные звуковые явления.

5. коронный разряд . Это разновидность тлеющего разряда Он наблюдается в местах где происходит резкое изменение напряженности электрического поля. Здесь возникает лавина зарядов и свечение газов — корона.

В газах существуют несамостоятельные и самостояг тельные электрические разряды.

Явление протекания электрического тока через газ, наблюдаемое только при условии какого-либо внешнего воздействия на газ, называется несамостоятельным электрическим разрядом. Процесс отрыва электрона от атома называется ионизацией атома. Минимальная энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, называется энергией ионизации. Частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов одинаковы, называется плазмой .

Носителями электрического тока при несамостоятельном разряде являются положительные ионы и отрицательные электроны. Вольт-амперная характеристика представлена на рис. 54. В области ОАВ — несамостоятельный разряд. В области ВС разряд становится самостоятельным.

При самостоятельном разряде одним из способов ионизации атомов является ионизация электронным ударом. Ионизация электронным ударом становится возможна тогда, когда электрон на длине свободного пробега А приобретает кинетическую энергию W k , достаточную для совершения работы по отрыву электрона от атома. Виды самостоятельных разрядов в газах — искровой, коронный, дуговой и тлеющий разряды.

Искровой разряд возникает между двумя электродами заряженными разными зарядами и имеющие большую разность потенциалов. Напряжение между разноименно заряженными телами достигает до 40 000 В. Искровой разряд кратковременный, его механизм — электронный удар. Молния — вид искрового разряда.

В сильно неоднородных электрических полях, образующихся, например, между острием и плоскостью или между проводом линии электропередачи и поверхностью Земли, возникает особая форма самостоятельного разряда в газах, называемая коронным разрядом .

Электрический дуговой разряд был открыт русским ученым В. В. Петровым в 1802 г. При соприкосновении двух электродов из углей при напряжении 40-50 В в некоторых местах возникают участки малого сечения с большим электрическим сопротивлением. Эти участки сильно разогреваются, испускают электроны, которые ионизируют атомы и молекулы между электродами. Носителями электрического тока в дуге являются положительно заряженные ионы и электроны.

Разряд, возникающий при пониженном давлении, называется тлеющим разрядом . При понижении давления увеличивается длина свободного пробега электрона, и за время между столкновениями он успевает приобрести достаточную для ионизации энергию в электрическом поле с меньшей напряженностью. Разряд осуществляется электронно-ионной лавиной.

Электрический ток в газах в нормальных условиях невозможен. То есть при атмосферной влажности давлении и температуре в газе отсутствуют носители зарядов. Это свойство газа, в частности воздуха, используется в воздушных линиях передач выключателях реле для обеспечения электрической изоляции.

Но при определенных условиях в газах может наблюдутся ток. Проведем опыт. Для него нам понадобится воздушный конденсатор электрометр и соединительные провода. Для начала соединим электрометр с конденсатором. Потом сообщим заряд пластинам конденсатора. Электрометр при этом покажет наличие этого самого заряда. Воздушный конденсатор некоторое время будет хранить заряд. То есть тока между его пластинами не будет. Это говорит о том что воздух между обкладками конденсатора обладает диэлектрическими свойствами.

Рисунок 1 — Заряженный конденсатор подключенный к электрометру

Далее внесем в промежуток между пластинами пламя свечи. При этом увидим, что электрометр покажет уменьшение заряда на пластинах конденсатора. То есть в зазоре между пластинами протекает ток. Почему же это происходит.

Рисунок 2 — Внесение свечи в зазор между обкладками заряженного конденсатора

В нормальных условиях молекулы газа электрически нейтральны. И не способны обеспечивать ток. Но при повышении температуры наступает так называемая ионизация газа, и он становится проводником. В газе появляются положительные и отрицательные ионы.

Чтобы от атома газа оторвался электрон необходимо совершить работу против Кулоновских сил. Для этого необходима энергия. Эту энергию атом получает с увеличением температуры. Так как кинетическая энергия теплового движения прямо пропорционально температуре газа. То с ее увеличение молекулы и атомы получают достаточно энергии, чтобы при соударении от атомов отрывались электроны. Такой атом становится положительным ионом. Оторванный электрон может прицепиться к другому атому тогда он станет отрицательным ионом.

В итоге в зазоре между пластинами появляются положительные и отрицательные ионы, а также электроны. Все они начинают двигаться под действием поля созданного зарядами на обкладках конденсатора. Положительные ионы движутся к катоду. Отрицательные ионы и электроны стремятся к аноду. Таким образом, в воздушном зазоре обеспечивается ток.

Зависимость тока от напряжения не на всех участках подчиняется закону Ома. На первом участке это так с увеличением напряжения увеличивается количество ионов а, следовательно, и ток. Далее на втором участке наступает насыщение, то есть с увеличением напряжения ток не увеличивается. Потому что концентрация ионов максимальна и новым появляется просто неоткуда.

Рисунок3 — вольтамперная характеристика воздушного зазора

На третьем участке вновь наблюдается рост тока с увеличением напряжения. Этот участок называется самостоятельным разрядом. То есть для поддержания тока в газе уже не нужны сторонние ионизаторы. Происходит это из за того что, электроны при высоком напряжении, получают достаточную энергию для того чтобы выбивать другие электроны из атомов самостоятельно. Эти электроны в свою очередь выбивают другие и так далее. Процесс идет лавинообразно. И основную проводимость в газе обеспечивают уже электроны.

В обычных условиях газы не проводят электрический ток, так как их молекулы электрически нейтральны. Например, сухой воздух — это хороший изолятор, в чем мы могли убедиться с помощью самых простых опытов по электростатике. Однако воздух и другие газы становятся проводниками электрического тока, если в них тем или иным способом создать ионы.

Рис. 100. Воздух становится проводником электрического тока, если его ионизировать

Простейший опыт, иллюстрирующий проводимость воздуха при его ионизации пламенем показан на рис. 100: заряд на пластинах, сохраняющийся в течение длительного времени, быстро исчезает при внесении зажженной спички в пространство между пластинами.

Газовый разряд. Процесс прохождения электрического тока через газ обычно называют газовым разрядом (или электрическим разрядом в газе). Газовые разряды подразделяются на два вида: самостоятельные и несамостоятельные.

Несамостоятельный разряд. Разряд в газе называют несамостоятельным, если для его поддержания необходим внешний источник

ионизации. Ионы в газе могут возникать под действием высоких температур, рентгеновского и ультрафиолетового излучения, радиоактивности, космических лучей и т. д. Во всех этих случаях происходит освобождение одного или нескольких электронов из электронной оболочки атома или молекулы. В результате в газе появляются положительные ионы и свободные электроны. Освободившиеся электроны могут присоединяться к нейтральным атомам или молекулам, превращая их в отрицательные ионы.

Ионизация и рекомбинация. Наряду с процессами ионизации в газе происходят и обратные процессы рекомбинации: соединяясь между собой, положительные и отрицательные ионы или положительные ионы и электроны образуют нейтральные молекулы или атомы.

Изменение со временем концентрации ионов, обусловленное постоянным источником ионизации и процессами рекомбинации, можно описать следующим образом. Допустим, что источник ионизации создает в единице объема газа за единицу времени положительных ионов и такое же число электронов. Если в газе нет электрического тока и можно пренебречь уходом ионов из рассматриваемого объема из-за диффузии, то единственным механизмом уменьшения концентрации ионов будет рекомбинация.

Рекомбинация происходит при встрече положительного иона с электроном. Число таких встреч пропорционально как числу ионов, так и числу свободных электронов, т. е. пропорционально . Поэтому убыль числа ионов в единице объема в единицу времени может быть записана в виде , где а — постоянная величина, называемая коэффициентом рекомбинации.

При справедливости введенных предположений уравнение баланса ионов в газе запишется в виде

Мы не будем решать это дифференциальное уравнение в общем виде, а рассмотрим некоторые интересные частные случаи.

Прежде всего отметим, что процессы ионизации и рекомбинации через некоторое время должны скомпенсировать друг друга и в газе установится постоянная концентрация видно, что при

Стационарная концентрация ионов тем больше, чем мощнее источник ионизации и чем меньше коэффициент рекомбинации а.

После выключения ионизатора убывание концентрации ионов описывается уравнением (1), в котором нужно положить принять в качестве начального значения концентрации

Переписав это уравнение в виде после интегрирования получаем

График этой функции показан на рис. 101. Он представляет собой гиперболу, асимптотами которой являются ось времени и вертикальная прямая Разумеется, физический смысл имеет лишь участок гиперболы, соответствующий значениям Отметим медленный характер убывания концентрации со временем в сравнении с часто встречающимися в физике процессами экспоненциального затухания, которые реализуются, когда скорость убывания какой-либо величины пропорциональна первой степени мгновенного значения этой величины.

Рис. 101. Убывание концентрации ионов в газе после выключения источника ионизации

Несамостоятельная проводимость. Процесс спадания концентрации ионов после прекращения действия ионизатора значительно ускоряется, если газ находится во внешнем электрическом поле. Вытягивая электроны и ионы на электроды, электрическое поле может очень быстро обратить в нуль электропроводность газа в отсутствие ионизатора.

Для уяснения закономерностей несамостоятельного разряда рассмотрим для простоты случай, когда ток в ионизуемом внешним источником газе течет между двумя плоскими электродами, параллельными друг другу. В этом случае ионы и электроны находятся в однородном электрическом поле напряженности Е, равной отношению приложенного к электродам напряжения к расстоянию между ними.

Подвижность электронов и ионов. При постоянном приложенном напряжении в цепи устанавливается некоторая постоянная сила тока 1. Это значит, что электроны и ионы в ионизованном газе движутся с постоянными скоростями. Чтобы объяснить этот факт, нужно считать, что кроме постоянной ускоряющей силы электрического поля на движущиеся ионы и электроны действуют силы сопротивления, растущие с увеличением скорости. Эти силы описывают усредненный эффект столкновений электронов и ионов с нейтральными атомами и молекулами газа. Благодаря силам сопротивления

устанавливаются в среднем постоянные скорости электронов и ионов, пропорциональные напряженности Е электрического поля:

Коэффициенты пропорциональности называются подвижностями электрона и иона. Подвижности ионов и электронов имеют разные значения и зависят от сорта газа, его плотности, температуры и т. д.

Плотность электрического тока т. е. заряд, переносимый электронами и ионами за единицу времени через единичную площадку, выражается через концентрацию электронов и ионов их заряды и скорости установившегося движения

Квазинейтральность. В обычных условиях ионизованный газ в целом электронейтрален, или, как говорят, квазинейтрален, ибо в малых объемах, содержащих сравнительно небольшое число электронов и ионов, условие электронейтральности может и нарушаться. Это значит, что выполняется соотношение

Плотность тока при несамостоятельном разряде. Чтобы получить закон изменения со временем концентрации носителей тока при несамостоятельном разряде в газе, нужно наряду с процессами ионизации внешним источником и рекомбинации учесть также уход электронов и ионов на электроды. Число частиц, уходящих в единицу времени на электрод площади из объема равно Скорость убывания концентрации таких частиц мы получим, разделив это число на объем газа между электродами. Поэтому уравнение баланса вместо (1) при наличии тока запишется в виде

Для установления режима, когда из (8) получаем

Уравнение (9) позволяет найти зависимость плотности установившегося тока при несамостоятельном разряде от приложенного напряжения (или от напряженности поля Е).

Два предельных случая видны непосредственно.

Закон Ома. При низком напряжении, когда в уравнении (9) можно пренебречь вторым слагаемым в правой части, после чего получаем формулы (7) при этом имеем

Плотность тока пропорциональна напряженности приложенного электрического поля. Таким образом, для несамостоятельного газового разряда в слабых электрических полях выполняется закон Ома.

Ток насыщения. При низкой концентрации электронов и ионов в уравнении (9) можно пренебречь первым (квадратичным по слагаемым в правой части. В этом приближении вектор плотности тока направлен вдоль напряженности электрического поля, а его модуль

не зависит от приложенного напряжения. Этот результат справедлив для сильных электрических полей. В этом случае говорят о токе насыщения.

Оба рассмотренных предельных случая можно исследовать и не обращаясь к уравнению (9). Однако таким путем нельзя проследить, как при увеличении напряжения происходит переход от закона Ома к нелинейной зависимости тока от напряжения.

В первом предельном случае, когда ток очень мал, основной механизм удаления электронов и ионов из области разряда — это рекомбинация. Поэтому для стационарной концентрации можно воспользоваться выражением (2), что при учете (7) немедленно дает формулу (10). Во втором предельном случае, наоборот, пренебрегается рекомбинацией. В сильном электрическом поле электроны и ионы не успевают сколько-нибудь заметно рекомбинировать за время пролета от одного электрода до другого, если концентрация их достаточно мала. Тогда все образуемые внешним источником электроны и ионы достигают электродов и полная плотность тока равна Она пропорциональна длине ионизационной камеры, поскольку полное число производимых ионизатором электронов и ионов пропорционально I.

Экспериментальное изучение газового разряда. Выводы теории несамостоятельного газового разряда подтверждаются экспериментами. Для исследования разряда в газе удобно использовать стеклянную трубку с двумя металлическими электродами. Электрическая схема такой установки показана на рис. 102. Подвижности

электронов и ионов сильно зависят от давления газа (обратно пропорционально давлению), поэтому опыты удобно проводить при пониженном давлении.

На рис. 103 представлена зависимость силы тока I в трубке от приложенного к электродам трубки напряжения Ионизацию в трубке можно создать, например, рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами либо с помощью слабого радиоактивного препарата. Существенно только, чтобы внешний источник ионов оставался неизменным Линейный участок ОА вольт-амперной характеристики соответствует области применимости закона Ома.

Рис. 102. Схема установки для изучения газового разряда

Рис. 103. Экспериментальная вольт-амперная характеристика газового разряда

На участке сила тока нелинейно зависит от напряжения. Начиная с точки В ток достигает насыщения и остается постоянным на некотором участке Все это соответствует теоретическим предсказаниям.

Самостоятельный разряд. Однако в точке С снова начинается возрастание тока, сначала медленное, а затем очень резкое. Это означает, что в газе появился новый, внутренний источник ионов. Если теперь убрать внешний источник, то разряд в газе не прекращается, т. е. из несамостоятельного разряд переходит в самостоятельный. При самостоятельном разряде образование новых электронов и ионов происходит в результате внутренних процессов в самом газе.

Ионизация электронным ударом. Нарастание тока при переходе от несамостоятельного разряда к самостоятельному происходит лавинообразно и называется электрическим пробоем газа. Напряжение, при котором происходит пробой, называется напряжением зажигания. Оно зависит от рода газа и от произведения давления газа на расстояние между электродами.

Процессы в газе, ответственные за лавинообразное нарастание силы тока при увеличении приложенного напряжения, связаны с ионизацией нейтральных атомов или молекул газа свободными электронами, разогнанными электрическим полем до достаточно

больших энергий. Кинетическая энергия электрона перед очередным столкновением с нейтральным атомом или молекулой пропорциональна напряженности электрического поля Е и длине свободного пробега электрона X:

Если эта энергия достаточна для того, чтобы ионизовать нейтральный атом или молекулу, т. е. превосходит работу ионизации

то при столкновении электрона с атомом или молекулой происходит их ионизация. В результате вместо одного электрона возникают два. Они в свою очередь разгоняются электрическим полем и ионизуют встречающиеся на их пути атомы или молекулы и т. д. Процесс развивается лавинообразно и называется электронной лавиной. Описанный механизм ионизации называется ионизацией электронным ударом.

Экспериментальное доказательство того, что ионизация нейтральных атомов газа происходит в основном благодаря ударам электронов, а не положительных ионов, было дано Дж. Таунсендом. Он брал ионизационную камеру в виде цилиндрического конденсатора, внутренним электродом которого служила тонкая металлическая нить, натянутая по оси цилиндра. В такой камере ускоряющее электрическое поле сильно неоднородно, и основную роль в ионизации играют частицы, которые попадают в область наиболее сильного поля вблизи нити. Опыт показывает, что при одном и том же напряжении между электродами ток разряда больше в том случае, когда положительный потенциал подается на нить, а не на внешний цилиндр. Именно в этом случае все создающие ток свободные электроны обязательно проходят через область наиболее сильного поля.

Эмиссия электронов из катода. Самостоятельный разряд может быть стационарным лишь при условии постоянного появления в газе новых свободных электронов, так как все возникающие в лавине электроны достигают анода и выбывают из игры. Новые электроны выбиваются из катода положительными ионами, которые при движении к катоду также ускоряются электрическим полем и приобретают достаточную для этого энергию.

Катод может испускать электроны не только в результате бомбардировки ионами, но и самостоятельно, при нагревании его до высокой температуры. Такой процесс называется термоэлектронной эмиссией, его можно рассматривать как своего рода испарение электронов из металла. Обычно оно происходит при таких температурах, когда испарение самого материала катода еще мало. В случае самостоятельного газового разряда катод обычно разогревается не

нитью накала, как в электронных лампах, а из-за выделения теплоты при бомбардировке его положительными ионами. Поэтому катод испускает электроны даже тогда, когда энергия ионов недостаточна для выбивания электронов.

Самостоятельный разряд в газе возникает не только в результате перехода от несамостоятельного при повышении напряжения и удалении внешнего источника ионизации, но и при непосредственном приложении напряжения, превышающего пороговое напряжение зажигания. Теория показывает, что для зажигания разряда достаточно самого незначительного количества ионов, которые всегда присутствуют в нейтральном газе хотя бы из-за естественного радиоактивного фона.

В зависимости от свойств и давления газа, конфигурации электродов и приложенного к электродам напряжения возможны различные виды самостоятельного разряда.

Тлеющий разряд. При низких давлениях (десятые и сотые доли миллиметра ртутного столба) в трубке наблюдается тлеющий разряд. Для зажигания тлеющего разряда достаточно напряжения в несколько сотен или даже десятков вольт. В тлеющем разряде можно выделить четыре характерные области. Это темное катодное пространство, тлеющее (или отрицательное) свечение, фарадеево темное пространство и светящийся положительный столб, занимающий большую часть пространства между анодом и катодом.

Первые три области находятся вблизи катода. Именно здесь происходит резкое падение потенциала, связанное с большой концентрацией положительных ионов на границе катодного темного пространства и тлеющего свечения. Электроны, ускоренные в области катодного темного пространства, производят в области тлеющего свечения интенсивную ударную ионизацию. Тлеющее свечение обусловлено рекомбинацией ионов и электронов в нейтральные атомы или молекулы. Для положительного столба разряда характерно незначительное падение потенциала и свечение, вызываемое возвращением возбужденных атомов или молекул газа в основное состояние.

Коронный разряд. При сравнительно высоких давлениях в газе (порядка атмосферного) вблизи заостренных участков проводника, где электрическое поле сильно неоднородно, наблюдается разряд, светящаяся область которого напоминает корону. Коронный разряд иногда возникает в естественных условиях на верхушках деревьев, корабельных мачтах и т. п. («огни святого Эльма»). С коронным разрядом приходится считаться в технике высоких напряжений, когда этот разряд возникает вокруг проводов высоковольтных линий электропередачи и приводит к потерям электроэнергии. Полезное практическое применение коронный разряд находит в электрофильтрах для очистки промышленных газов от примесей твердых и жидких частиц.

При увеличении напряжения между электродами коронный разряд переходит в искровой с полным пробоем промежутка между

электродами. Он имеет вид пучка ярких зигзагообразных разветвляющихся каналов, мгновенно пронизывающих разрядный промежуток и прихотливо сменяющих друг друга. Искровой разряд сопровождается выделением большого количества теплоты, ярким голубовато-белым свечением и сильным потрескиванием. Его можно наблюдать между шариками электрофорной машины. Пример гигантского искрового разряда — естественная молния, где сила тока достигает 5-105 А, а разность потенциалов — 109 В.

Поскольку искровой разряд происходит при атмосферном (и более высоком) давлении, то напряжение зажигания весьма велико: в сухом воздухе при расстоянии между электродами 1 см оно составляет около 30 кВ.

Электрическая дуга. Специфическим практически важным видом самостоятельного газового разряда является электрическая дуга. При соприкосновении двух угольных или металлических электродов в месте их контакта выделяется большое количество теплоты из-за большого сопротивления контакта. В результате начинается термоэлектронная эмиссия и при раздвижении электродов между ними возникает ярко светящаяся дуга из сильно ионизованного хорошо проводящего газа. Сила тока даже в небольшой дуге достигает нескольких ампер, а в большой дуге — нескольких сотен ампер при напряжении порядка 50 В. Электрическая дуга широко применяется в технике как мощный источник света, в электропечах и для электросварки. слабое задерживающее поле с напряжением около 0,5 В. Это поле препятствует попаданию на анод медленных электронов. Электроны испускаются катодом К, подогреваемым электрическим током.

На рис. 105 показана полученная в этих опытах зависимость силы тока в анодной цепи от ускоряющего напряжения Эта зависимость имеет немонотонный характер с максимумами при напряжениях кратных 4,9 В.

Дискретность уровней энергии атома. Объяснить такую зависимость тока от напряжения можно лишь наличием у атомов ртути дискретных стационарных состояний. Если бы дискретных стационарных состояний у атома не было, т. е. его внутренняя энергия могла бы принимать любые значения, то неупругие столкновения, сопровождающиеся увеличением внутренней энергии атома, могли бы происходить при любых энергиях электронов. Если же дискретные состояния есть, то столкновения электронов с атомами могут быть только упругими, пока энергия электронов недостаточна для перевода атома из основного состояния в наинизшее возбужденное.

При упругих столкновениях кинетическая энергия электронов практически не меняется, так как масса электрона много меньше массы атома ртути. В этих условиях число электронов, достигающих анода, монотонно увеличивается с ростом напряжения. Когда ускоряющее напряжение достигает значения 4,9 В, столкновения электронов с атомами становятся неупругими. Внутренняя энергия атомов скачком увеличивается, а электрон в результате соударения теряет почти всю свою кинетическую энергию.

Задерживающее поле не пропускает также медленные электроны к аноду и сила тока резко уменьшается. Она не обращается в нуль лишь потому, что часть электронов достигает сетки, не испытав неупругих соударений. Второй и последующие максимумы силы тока получаются потому, что при напряжениях, кратных 4,9 В, электроны на пути к сетке могут испытать несколько неупругих столкновений с атомами ртути.

Итак, необходимую для неупругого соударения энергию электрон приобретает только после прохождения разности потенциалов 4,9 В. Это означает, что внутренняя энергия атомов ртути не может измениться на величину, меньшую эВ, что и доказывает дискретность энергетического спектра атома. Справедливость этого вывода подтверждается еще и тем, что при напряжении 4,9 В разряд начинает светиться: возбужденные атомы при спонтанных

переходах в основное состояние излучают видимый свет, частота которого совпадает с вычисленной по формуле

В классических опытах Франка и Герца методом электронного удара были определены не только потенциалы возбуждения, но и ионизационные потенциалы ряда атомов.

Приведите пример опыта по электростатике, из которого можно сделать вывод о том, что сухой воздух — это хороший изолятор.

Где в технике используются изолирующие свойства воздуха?

Что такое несамостоятельный газовый разряд? При каких условиях он протекает?

Поясните, почему скорость убывания концентрации, обусловленная рекомбинацией, пропорциональна квадрату концентрации электронов и ионов. Почему эти концентрации можно считать одинаковыми?

Почему для закона убывания концентрации, выражаемого формулой (3), не имеет смысла вводить понятие характерного времени, широко используемого для экспоненциально затухающих процессов, хотя и в том и в другом случае процессы продолжаются, вообще говоря, бесконечно долго?

Как по-вашему, почему в определениях подвижностей в формулах (4) для электронов и ионов выбраны противоположные знаки?

Как сила тока при несамостоятельном газовом разряде зависит от приложенного напряжения? Почему с ростом напряжения происходит переход от закона Ома к току насыщения?

Электрический ток в газе осуществляется как электронами, так и ионами. Однако на каждый из электродов приходят заряды лишь одного знака. Как это согласуется с тем, что во всех участках последовательной цепи сила тока одинакова?

Почему в ионизации газа в разряде из-за соударений наибольшую роль играют электроны, а не положительные ионы?

Опишите характерные признаки различных видов самостоятельного газового разряда.

Почему результаты опытов Франка и Герца свидетельствуют о дискретности уровней энергии атомов?

Опишите физические процессы, происходящие в газоразрядной трубке в опытах Франка и Герца, при повышении ускоряющего напряжения.

Образуется направленным движением свободных электронов и что при этом никаких изменений вещества, из которого проводник сделан, не происходит.

Такие проводники, в которых прохождение электрического тока не сопровождается химическими изменениями их вещества, называются проводниками первого рода . К ним относятся все металлы, уголь и ряд других веществ.

Но есть в природе и такие проводники электрического тока, в которых во время прохождения тока происходят химические явления. Эти проводники называются проводниками второго рода . К ним относятся главным образом различные растворы в воде кислот, солей и щелочей.

Если в стеклянный сосуд налить воды и прибавить в нее несколько капель серной кислоты (или какой-либо другой кислоты или щелочи), а затем взять две металлические пластины и присоединить к ним проводники опустив эти пластины в сосуд, а к другим концам проводников подключить источник тока через выключатель и амперметр, то произойдет выделение газа из раствора, причем оно будет продолжаться непрерывно, пока замкнута цепь т.к. подкисленная вода действительно является проводником. Кроме того, пластины начнут покрываться пузырьками газа. Затем эти пузырьки будут отрываться от пластин и выходить наружу.

При прохождении по раствору электрического тока происходят химические изменения, в результате которых выделяется газ.

Проводники второго рода называются электролитами , а явление, происходящее в электролите при прохождении через него электрического тока, — .

Металлические пластины, опущенные в электролит, называются электродами; одна из них, соединенная с положительным полюсом источника тока, называется анодом , а другая, соединенная с отрицательным полюсом,- катодом .

Чем же обусловливается прохождение электрического тока в жидком проводнике? Оказывается, в таких растворах (электролитах) молекулы кислоты (щелочи, соли) под действием растворителя (в данном случае воды) распадаются на две составные части, причем одна частица молекулы имеет положительный электрический заряд, а другая отрицательный.

Частицы молекулы, обладающие электрическим зарядом, называются ионами . При растворении в воде кислоты, соли или щелочи в растворе возникает большое количество как положительных, так и отрицательных ионов.

Теперь должно стать понятным, почему через раствор прошел электрический ток, ведь между электродами, соединенными с источником тока, создана , иначе говоря, один из них оказался заряженным положительно, а другой отрицательно. Под действием этой разности потенциалов положительные ионы начали перемешаться по направлению к отрицательному электроду — катоду, а отрицательные ионы — к аноду.

Таким образом, хаотическое движение ионов стало упорядоченным встречным движением отрицательных ионов в одну сторону и положительных в другую. Этот процесс переноса зарядов и составляет течение электрического тока через электролит и происходит до тех пор, пока имеется разность потенциалов на электродах. С исчезновением разности потенциалов прекращается ток через электролит, нарушается упорядоченное движение ионов, и вновь наступает хаотическое движение.

В качестве примера рассмотрим явление электролиза при пропускании электрического тока через раствор медного купороса CuSO4 с опущенными в него медными электродами.

Явление электролиза при прохождении тока через раствор медного купороса: С — сосуд с электролитом, Б — источник тока, В — выключатель

Здесь также будет встречное движение ионов к электродам. Положительным ионом будет ион меди (Си), а отрицательным — ион кислотного остатка (SO4). Ионы меди при соприкосновении с катодом будут разряжаться (присоединяя к себе недостающие электроны), т. е. превращаться в нейтральные молекулы чистой меди, и в виде тончайшего (молекулярного) слоя отлагаться на катоде.

Отрицательные ионы, достигнув анода, также разряжаются (отдают излишние электроны). Но при этом они вступают в химическую реакцию с медью анода, в результате чего к кислотному остатку SO4 присоединяется молекула меди Сu и образуется молекула медного купороса СuS О4 , возвращаемая обратно электролиту.

Так как этот химический процесс протекает длительное время, то на катоде отлагается медь, выделяющаяся из электролита. При этом электролит вместо ушедших на катод молекул меди получает новые молекулы меди за счет растворения второго электрода — анода.

Тот же самый процесс происходит, если вместо медных взяты цинковые электроды, а электролитом служит раствор цинкового купороса Zn SO4. Цинк также будет переноситься с анода на катод.

Таким образом, разница между электрическим током в металлах и жидких проводниках заключается в том, что в металлах переносчиками зарядов являются только свободные электроны, т. е. отрицательные заряды, тогда как в электролитах переносится разноименно заряженными частицами вещества — ионами, двигающимися в противоположных направлениях. Поэтому говорят, что электролиты обладают ионном проводимостью.

Явление электролиза было открыто в 1837 г. Б. С. Якоби, который производил многочисленные опыты по исследованию и усовершенствованию химических источников тока. Якоби установил, что один из электродов, помещенных в раствор медного купороса, при прохождении через него электрического тока покрывается медью.

Это явление, названное гальванопластикой , находит сейчас чрезвычайно большое практическое применение. Одним из примеров тому может служить покрытие металлических предметов тонким слоем других металлов, т. е. никелирование, золочение, серебрение и т. д.

Газы (в том числе и воздух) в обычных условиях не проводят электрический ток. Например, голые , будучи подвешены параллельно друг другу, оказываются изолированными один от другого слоем воздуха.

Однако под воздействием высокой температуры, большой разности потенциалов и других причин газы, подобно жидким проводникам, ионизируются , т. е. в них появляются в большом количестве частицы молекул газа, которые, являясь переносчиками электричества, способствуют прохождению через газ электрического тока.

Но вместе с тем ионизация газа отличается от ионизации жидкого проводника. Если в жидкости происходит распад молекулы на две заряженные части, то в газах под действием ионизации от каждой молекулы всегда отделяются электроны и остается ион в виде положительно заряженной части молекулы.

Стоит только прекратить ионизацию газа, как он перестанет быть проводящим, тогда как жидкость всегда остается проводником электрического тока. Следовательно, проводимость газа — явление временное, зависящее от действия внешних причин.

Однако есть и другой , называемый дуговым разрядом или просто электрической дугой. Явление электрической дуги было открыто в начале 19-го столетия первым русским электротехником В. В. Петровым.

В. В. Петров, проделывая многочисленные опыты, обнаружил, что между двумя древесными углями, соединенными с источником тока, возникает непрерывный электрический разряд через воздух, сопровождаемый ярким светом. В своих трудах В. В. Петров писал, что при этом «темный покой достаточно ярко освещен быть может». Так впервые был получен электрический свет, практически применил который еще один русский ученый-электротехник Павел Николаевич Яблочков.

«Свеча Яблочкова», работа которой основана на использовании электрической дуги, совершила в те времена настоящий переворот в электротехнике.

Дуговой разряд применяется как источник света и в наши дни, например в прожекторах и проекционных аппаратах. Высокая температура дугового разряда позволяет использовать его для . В настоящее время дуговые печи, питаемые током очень большой силы, применяются в ряде областей промышленности: для выплавки стали, чугуна, ферросплавов, бронзы и т.д. А в 1882 году Н. Н. Бенардосом дуговой разряд впервые был использован для резки и сварки металла.

В газосветных трубках, лампах дневного света, стабилизаторах напряжения, для получения электронных и ионных пучков используется так называемый тлеющий газовый разряд .

Искровой разряд применяется для измерения больших разностей потенциалов с помощью шарового разрядника, электродами которого служат два металлических шара с полированной поверхностью. Шары раздвигают, и на них подается измеряемая разность потенциалов. Затем шары сближают до тех пор, пока между ними не проскочит искра. Зная диаметр шаров, расстояние между ними, давление, температуру и влажность воздуха, находят разность потенциалов между шарами по специальным таблицам. Этим методом можно измерять с точностью до нескольких процентов разности потенциалов порядка десятков тысяч вольт.

Неравновесные носители заряда в полупроводниках

Кроме теплового возбуждения электронов, что приводит к появлению равновесных свободных носителей заряда

, возможны и другие способы и формы передачи энергии электронам твердого тела. Свободные носители заряда, которые возникают не за счет тепловой энергии, называются неравновесными.

Они могут генерироваться за счет освещения кристалла, под действием потока заряженных частиц, при протекании химической реакции на поверхности кристалла, в процессе ввода свободных зарядов через контакт (инжекция) и т.д. Такие носители заряда называются неравновесными, потому что они не находятся в тепловом равновесии с кристаллической решеткой. В отличие от равновесных неравновесные носители могут распределяться по кристаллу неравномерно, вследствие чего возникает градиент их концентрации, а следовательно и диффузия. Это приводит к ряду специфических явлений, которые наблюдаются в полупроводниках и называются неравновесными явлениями.

К ним относятся, например, фотопроводимость, люминесценция, Фотомагнитные эффекты и т.д. Несмотря на особенность генерации неравновесных носителей заряда свойства (подвижность, эффективная масса) за довольно короткий промежуток времени после генерации (~ 10-10с) за счет рассеяния становятся тами же, как и равновесных. На зонной диаграмме (рис.6.1) процессы генерации изображены переходами 1-4. Но по мере роста концентрации свободных носителей заряда возрастает вероятность обратных переходов 1 ‘- 4’, которые приводят к гибели свободных носителей заряда. Этот процесс называется рекомбинацией. При неизменной мощности внешнего воздействия через некоторое время наступает стационарное состояние, когда скорость генерации g равна скорости рекомбинации R и устанавливается определенная стационарная концентрация свободных носителей заряда

n = no + Dn; p = po + Dp, (6.1) где n, p — общие концентрации электронов и дырок соответственно; no, po — равновесные концентрации электронов и дырок; ?n, ?p — дополнительные концентрации, т.е. концентрации неравновесных носителей заряда.

Каждый неравновесный носитель заряда существует «живет» в кристалле ограниченное время до рекомбинации. Среднее значение этого времени называется временем жизни электронов ?n и дырок ?р. Процесс генерации характеризуется скоростью генерации g. Это количество неравновесных носителей, возникающих в единице объема за единицу времени, т.е. скорость роста концентрации.

Аналогично процесс рекомбинации характеризуется скоростью рекомбинации R. Это количество неравновесных носителей, которые исчезают в единице объема за единицу времени, т.е. скорость уменьшения концентрации неравновесных электронов дыр. Учитывая, что no и po при неизменной температуре со временем не меняются, получаем при небольшом уровне возбуждения, т.е. когда ?n << no и ?p << po, Таким образом, для генерации носителей заряда необходимо затратить энергию: при фундаментальных переходах 1,3 ( рис.6.1) не меньше, чем ширина запрещенной зоны ?Еg, при возбуждении примеси (переходы 2,4) не меньше, чем энергия активации примесных атомов ЕD, EA. При рекомбинации энергия выделяется. Отдача энергии может осуществляться в виде кванта электромагнитного излучения (люминесценция), или без излучения в виде фононов. В последнем случае кристалл нагревается.

charge_carrier

В физике носитель заряда обозначает свободную (подвижную, несвязанную) частицу, несущую электрический заряд. Примеры — электроны и ионы. В физике полупроводников бегущие вакансии в электронной популяции валентной зоны (дырки) рассматриваются как носители заряда.

Рекомендуемые дополнительные знания

В ионных растворах носителями заряда являются растворенные катионы и анионы.Точно так же катионы и анионы диссоциированной жидкости служат носителями заряда в жидкостях и расплавленных ионных твердых телах (см., Например, процесс Холла-Эру в качестве примера электролиза расплава).

В плазме, такой как электрическая дуга, электроны и катионы ионизированного газа и испаренного материала электродов действуют как носители заряда. (Испарение электрода также происходит в вакууме, но тогда дуга технически возникает не в вакууме, а в парах электрода низкого давления.)

В вакууме, в электрической дуге или в вакуумных трубках свободные электроны действуют как носители заряда.

В металлах носителями заряда являются электроны, образующие ферми-газ в металлической решетке.

Основные и неосновные носители в полупроводниках

В полупроводниках электроны и дырки действуют как носители заряда. Наиболее распространенные носители заряда называются мажоритарными носителями . В полупроводниках N-типа это электроны, а в полупроводниках P-типа — дырки. Менее распространенные носители заряда называются неосновными носителями ; в полупроводниках N-типа это дырки, а в полупроводниках P-типа — электроны.

Неосновные носители играют важную роль в биполярных транзисторах и солнечных элементах. Однако их роль в полевых транзисторах (FET) немного сложнее: например, MOSFET имеет области как P-типа, так и N-типа. В действие транзистора вовлекаются основные носители в областях истока и стока, но эти носители проходят через тело противоположного типа, где они являются неосновными носителями. Тем не менее, пересекающих носителей намного больше, чем их противоположного типа в области переноса (фактически, носители противоположного типа удаляются приложенным электрическим полем, которое создает обедненный слой), поэтому обычно используется обозначение истока и стока для носителей, и Полевые транзисторы называются устройствами «основной несущей».

Когда электрон встречается с дыркой, они рекомбинируют, и эти свободные носители эффективно исчезают. Выделяемая энергия может быть либо тепловой, нагревая полупроводник ( термическая рекомбинация, , один из источников отходящего тепла в полупроводниках), либо выделяться в виде фотонов (оптическая рекомбинация , , используется в светодиодах и полупроводниковых лазерах).

Перемещение носителей заряда в электрическом и магнитном полях

Страница из

НАПЕЧАТАНО ИЗ ОНЛАЙН-СТИПЕНДИИ ОКСФОРДА (Оксфорд.Universitypressscholarship.com). (c) Авторские права Oxford University Press, 2021. Все права защищены. Отдельный пользователь может распечатать одну главу монографии в формате PDF в OSO для личного использования. дата: 06 октября 2021 г.

Раздел:

(стр.89) 4 Движение носителей заряда в электрическом и магнитном полях

Источник:

Детекторы частиц

Автор (ы):

Герман Коланоски

Норберт Вермес

Издательство:

Oxford University Press

DOI: 10 .1093 / oso / 9780198858362.003.0004

Для обнаружения заряженных частиц многие принципы детекторов используют ионизацию в чувствительных слоях и сбор генерируемых зарядов электрическими полями на электродах, откуда можно выводить сигналы. В газах и жидкостях носителями заряда являются электроны и ионы, в полупроводниках — электроны и дырки. Для описания упорядоченного и неупорядоченного движения носителей заряда в электрическом и магнитном полях введено уравнение переноса Больцмана и получены приближенные решения.На основе уравнения переноса обсуждаются дрейф и диффузия сначала в целом, а затем для приложений к газам и полупроводникам. Оказывается, что, по крайней мере для простых приближений, обработка обеих сред очень похожа, например, также для описания движения в магнитных полях (угол Лоренца и эффект Холла) или критической энергии (Нернста-Таунсенда- Соотношение Эйнштейна).

Ключевые слова: Уравнение переноса Больцмана, носители заряда, движение в полях, дрейф, диффузия, газ, полупроводник, угол Лоренца, эффект Холла, критическая энергия

Для получения доступа к полному тексту книг в рамках службы для получения стипендии

Oxford Online требуется подписка или покупка.Однако публичные пользователи могут свободно искать на сайте и просматривать аннотации и ключевые слова для каждой книги и главы.

Пожалуйста, подпишитесь или войдите для доступа к полному тексту.

Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этой книге, обратитесь к своему библиотекарю.

Для устранения неполадок, пожалуйста, проверьте наш FAQs , и если вы не можете найти там ответ, пожалуйста связаться с нами .

Какие носители заряда в цепи? — AnswersToAll

Какие носители заряда в цепи?

Носители заряда — это частицы или отверстия, которые свободно перемещаются в материале и несут электрический заряд. В большинстве электрических цепей и электрических устройств носителями заряда являются отрицательно заряженные электроны, которые перемещаются под действием напряжения, создавая электрический ток.

Протоны являются носителями заряда?

Чтобы перемещать заряд, нам нужны носители заряда, и здесь нам пригодятся наши знания об атомных частицах, в частности, об электронах и протонах.Электроны всегда несут отрицательный заряд, а протоны — положительно. Нейтроны (верные своему названию) нейтральны, у них нет заряда.

Какие носители в полупроводнике являются основными?

полупроводниковые устройства На стороне n электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными носителями.

Какие носители тока в полупроводнике?

Какие носители тока в полупроводниках? Пояснение: Электроны и дырки — это два носителя тока в полупроводниках.Электроны заряжены отрицательно, а дырки — положительно.

Могут ли носители заряда быть положительными?

показывает знак носителей заряда в проводнике. Ток, протекающий по проводнику справа налево, может быть результатом движения носителей положительного заряда справа налево или движения отрицательных зарядов слева направо или их комбинации.

Что такое носители типа p и n?

Плотность электронов и дырок, уровень энергии и уровень Ферми, направление движения основных носителей заряда и т. Д.Разница между полупроводниками p-типа и n-типа.

ОСНОВА РАЗНИЦЫ	p ТИП ПОЛУПРОВОДНИК	n ТИП ПОЛУПРОВОДНИК
Движение основных перевозчиков	Большинство перевозчиков переходят от более высокого потенциала к более низкому.	Большинство перевозчиков переходят от более низкого потенциала к более высокому.

Какие носители тока?

Электрический ток — это скорость прохождения электрического заряда через точку или область.Электрический заряд переносится заряженными частицами, поэтому электрический ток — это поток заряженных частиц. Движущиеся частицы называются носителями заряда, и в разных проводниках могут быть разные типы частиц.

Как дырки создаются в полупроводнике n-типа?

Дыры образуются, когда электроны в атомах выходят из валентной зоны (самая внешняя оболочка атома, полностью заполненная электронами) в зону проводимости (область в атоме, откуда электроны могут легко уйти), что происходит повсюду в полупроводник.

Что такое полупроводник N-типа?

Полупроводник n-типа — это собственный полупроводник, легированный фосфором (P), мышьяком (As) или сурьмой (Sb) в качестве примесей. Кремний группы IV имеет четыре валентных электрона, а фосфор группы V имеет пять валентных электронов. * Этот свободный электрон является носителем полупроводника n-типа.

Что такое мажоритарный оператор?

сущ. объект, ответственный за перенос большей части тока в полупроводнике.В полупроводниках n-типа основными носителями являются электроны; в полупроводниках p-типа они являются положительно заряженными дырками. Сравните неосновные носители.

Что такое носители положительного заряда?

Положительные носители заряда, такие как дырки, являются носителями заряда, которые несут с собой положительный заряд при перемещении из одного места в другое. Дыры — это вакансии в валентной зоне, которая перемещается из одного места в другое внутри валентной зоны.

Как создаются миноритарные перевозчики?

Эти носители заряда создаются тепловым возбуждением.В собственных полупроводниках количество возбужденных электронов и количество дырок равны: n = p. Электроны и дырки создаются путем возбуждения электрона из валентной зоны в зону проводимости.

Как рассчитывается мобильность оператора связи?

Подвижность носителей обычно определяется как μ ≡ ν / E = σ / en, где ν — скорость дрейфа носителей заряда, E — приложенное электрическое поле, которое предполагается небольшим, σ — проводимость, n — плотность носителей.

Что противоположно мобильности?

В отличие от способности двигаться свободно и легко.неподвижность. жесткость. неподвижность.

Носители заряда в аккумуляторных батареях: ионы Na по сравнению с ионами Li

Носители заряда в аккумуляторных батареях: ионы Na

против Ионы Li

Мы обсуждаем сходства и различия натриевых и литий-ионных батарей с точки зрения отрицательных и положительных электродов.По сравнению с обширной работой над литий-ионными батареями, исследования натриево-ионных батарей все еще находятся на стадии прорастания. Поскольку и натрий, и литий являются щелочными металлами, они обладают схожими химическими свойствами, включая ионность, электроотрицательность и электрохимическую реактивность. Соответственно, они имеют сопоставимые синтетические протоколы и электрохимические характеристики, что указывает на то, что натриево-ионные батареи могут быть успешно разработаны на основе ранее применявшихся подходов или методов в литиевом аналоге.Электродные материалы в литий-ионных аккумуляторах представляют собой лучшую библиотеку для исследований Na-ионных аккумуляторов, потому что многие вводящие Na-ионные узлы имеют свои корни в вводимых литий-ионных аккумуляторах. Однако больший размер и другие характеристики связывания ионов натрия влияют на термодинамические и / или кинетические свойства натрий-ионных батарей, что приводит к неожиданному поведению в электрохимических характеристиках и механизме реакции по сравнению с литий-ионными батареями. Эта перспектива обеспечивает сравнительный обзор основных разработок в области материалов положительных и отрицательных электродов как в литий-ионных, так и в Na-ионных батареях за последнее десятилетие.Выделены концепции в химии твердого тела и электрохимии, которые предоставили новые возможности для индивидуального проектирования, которые можно распространить на многие различные электродные материалы для натрий-ионных аккумуляторов.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Механизмы проводимости и заряжаемости — Электромагнитная геофизика

Электрическая и ионная проводимость

Проводимость описывает движение электрического заряда из одного места. к другому.Есть два важных носителя электрического заряда, электроны и ионы. Определим проводимость следующим образом:

\ [\ sigma = n e \ mu_e, \]

где \ (n \) — количество носителей заряда, \ (e \) — переносимый заряд каждым носителем заряда, а \ (\ mu_e \) — подвижность носителей. По этому определению Проводимость горной породы может определяться ее способностью перемещать заряды через электроны и ионы. Это приводит к двум различным типам проводимости: электрической проводимости и ионной проводимости.Обе проводимости связаны со случайным движением частиц, находящихся под воздействием приложенное электрическое поле. Однако то, как заряд движется в каждом процессе проводимости, достаточно разный.

Электропроводность

Носителем заряда для электропроводности является электрон, который определяет проводимость в большинстве металлов, таких как железо и медь. Распределение валентных электронов между металлическими атомами позволяет зарядам свободно перемещаться непосредственно по приложенному электрическому полю.

Ионная проводимость

Проводимость в большинстве горных пород является в основном электролитической, имеющей место в связанные поровые пространства, вдоль границ зерен и в трещинах.Проводимость в породах обычно незначительна через минеральные зерна или силикатный каркас [War90]. В этом в случае, носитель заряда в основном состоит из растворенных ионов; поэтому мы используем термин ионная проводимость.

Ионная проводимость является результатом упорядоченного движения ионов в электролит под воздействием внешнего электрического поля. Без внешнего электрического поля, ионы движутся беспорядочно в результате теплового возбуждение и столкновения с другими ионами и атомами.-), \]

где \ (n \) — количество носителей заряда, \ (e \) — заряд переносится, а \ (\ mu_m \) — подвижность носителей. Здесь верхние индексы + и — обозначают катион и анион соответственно.

Поляризация электродов и мембран

Заряжаемость материалов Земли по существу является электрохимическим эффектом и может быть вызвано многими факторами, не все из которых полностью изучены. Если земля является платным, он реагирует, как если бы удельное сопротивление было сложной величиной — это ведет себя как негерметичный конденсатор.Следовательно, платежеспособность может быть измеряется несколькими способами с использованием методов временной или частотной области. Аспекты, влияющие на платежеспособность выборки, включают:

Есть две основные причины заряжаемости: «поляризация мембраны» и «Поляризация электрода». В обоих случаях перераспределение зарядов после приложения внешнего постоянного электрического поля занимает некоторое время. Точно так же требуется такое же количество времени, чтобы вернуться к сбалансированному распределению заряда после того, как электрическое поле будет удалено.

Поляризация электрода

Поляризация электродов возникает, когда поровые пространства блокируются металлическими частицами (рис. 16). Опять же, заряды накапливаются при приложении электрического поля. В результате образуются два двойных электрических слоя, которые вносят вклад в измеряемые напряжения (рис. 17).

На границах раздела между ионными и металлическими проводниками (например, руда зерна внутри порового пространства), существует сопротивление, связанное с подачей тока на поток через интерфейсы.{-1/2} \). Следовательно, импеданс из-за диффузии ионов фактически увеличивается с уменьшением частоты.

Обратите внимание, что хотя полезно понимать упрощенные модели соответствующих При электрическом поведении взаимодействия поверхности с электролитом все породы «грязные» в том смысле, что они не просто чистые «электроды». Существуют и другие материалы и частицы, влияющие на ионное поведение внутри и за пределами диффузного слоя, и некоторые составляющие образца будут влиять на поведение фиксированного слоя вблизи и на границах раздела жидкость-твердое тело.Это привело к созданию множества эмпирических моделей для описания взаимодействий поверхностных электролитов.

Поляризация мембраны

Поляризация мембраны возникает, когда поровое пространство сужается до нескольких единиц. толщины пограничного слоя (которые представляют собой толщину ионов, адсорбированных в поверхность). Отметим, что поверхность минеральных зерен естественно обладает слабым отрицательным зарядом, который притягивает катионы (рис. 20).

При приложении электрического поля заряды не могут легко проходить через «горловину поры», поэтому они накапливаются (рис.21). Результатом является чистый электрический диполь, который вносит вклад в любые другие напряжения, измеренные в породе. Как и поляризация электрода, этот процесс не является мгновенным.

Вторая форма поляризации мембраны возникает, когда частицы глины частично блокируют пути ионного раствора (рис. 23). При приложении электрического поля положительный Носители заряда проходят легко, а отрицательные носители накапливаются. Это известно как «ионоселективная мембрана».

Избыток как катионов, так и анионов возникает на одном конце мембраны, в то время как на другом конце возникает дефицит.Снижение мобильности наиболее очевидно на частотах медленнее, чем время диффузии ионов между соседними мембранные зоны; то есть медленнее, чем около 0,1 Гц. Проводимость увеличивается при более высокие частоты.

Эффект Холла

Эффект Холла
Следующая: Окружной закон Ампера Up: Магнетизм Предыдущая: Заряженная частица в Мы неоднократно заявляли, что расходы на мобильную связь в общепринятый проводящие материалы заряжены отрицательно (по сути, это электроны).Есть ли какие-либо прямые экспериментальные доказательства того, что это правда? Собственно, есть. Мы можем использовать явление, называемое эффектом Холла , чтобы определить, подвижные заряды в данном проводнике заряжены положительно или отрицательно. Исследуем этот эффект.

Рассмотрим тонкую, плоскую, однородную ленту из проводящего материала, которая ориентирован так, чтобы его плоская сторона была перпендикулярна однородному магнитное поле — см. рис. 26. Предположим, что мы пропускаем ток по длине ленты.Есть две альтернативы. Либо нынешний несет положительный заряд двигаясь слева направо (на рисунке), или его переносят отрицательные заряды, движущиеся в противоположном направлении.

Предположим, что ток переносится положительными зарядами, движущимися слева направо. Эти обвинения отклоняются вверх (на рисунке) магнитным полем. Таким образом, верхний край ленты становится заряжается положительно, а нижний край становится отрицательно заряженным.Следовательно, существует положительная разность потенциалов между верхними и нижние края ленты. Эта разность потенциалов называется напряжением Холла .

Предположим теперь, что ток переносится отрицательными зарядами. двигаясь справа налево. Эти заряды также отклоняются на вверх на магнитным полем. Таким образом, верхний край ленты становится отрицательно заряженной, а нижний край становится положительно заряженный. Отсюда следует, что напряжение Холла ( i.е. , г. разность потенциалов между верхним и нижним краями ленты) в этом случае отрицательное значение .

Рисунок 26: Эффект Холла для положительных носителей заряда (слева) и отрицательных носители заряда (справа).

Понятно, что можно определить знак мобильных зарядов в токопроводящий проводник путем измерения напряжения Холла. Если напряжение положительный, то заряды мобильных устройств положительны (при условии, что магнитное поле и ток ориентированы, как показано на рисунок), тогда как если напряжение отрицательный, то мобильные заряды отрицательны.Если бы мы должны были выполнить В этом эксперименте мы обнаружим, что подвижные заряды в металлах всегда отрицательны (потому что они электроны). Однако в некоторых типах полупроводников подвижные заряды оказались положительными. Эти носители положительного заряда называются дырками и . Дырки фактически лишены электронов в атомной решетке полупроводник, но они действуют как положительные заряды.

Давайте исследуем величину напряжения Холла.Предположим, что мобильный каждый из зарядов обладает зарядом и движется по ленте вместе с скорость дрейфа . Магнитная сила, действующая на данный мобильный заряд имеет величину, так как заряд движется существенно перпендикулярно магнитному полю. В установившемся состоянии эта сила уравновешивается электрической силой из-за накопления зарядов по верхнему и нижнему краям ленты. Если напряжение Холла , а ширина ленты равна, то электрическая поле, указывающее от верхнего края к нижнему краю ленты, величины.Теперь электрическая сила на мобильном заряде является . Эта сила действует против магнитной силы. В стационарном состоянии

(169)

давая

(170)

Обратите внимание, что напряжение Холла прямо пропорционально величине магнитное поле. Фактически это свойство Напряжение Холла используется в приборах, называемых датчиками Холла , которые используются для измерения напряженности магнитного поля.

Предположим, что толщина проводящей ленты равна, и что она содержит мобильные носители заряда на единицу объема. Отсюда следует, что полный ток протекающий через ленту можно написать

(171)

поскольку все мобильные заряды содержатся в прямоугольном объеме длиной, шириной , и толщину, обтекают заданную точку на ленте за одну секунду. Комбинируя уравнения. (170) и (171), получаем

(172)

Понятно, что напряжение Холла пропорционально току, протекающему через ленты, и напряженность магнитного поля, и обратно пропорциональна плотности подвижных зарядов в ленте и толщине лента.Таким образом, для создания чувствительного зонда Холла (, т. Е. , который дает большое напряжение Холла в наличие небольшого магнитного поля), нам нужно взять тонкую ленту некоторый материал, который имеет относительно мало мобильных зарядов на единицу объем (, например, , полупроводник), а затем пропустить через него большой ток.

---

Следующая: Окружной закон Ампера Up: Магнетизм Предыдущая: Заряженная частица в

Ричард Фицпатрик 2007-07-14

экситонов для заряда носителей в молекулярных и наноразмерных системах | Химия и нанонаучные исследования

Исследователи NREL стремятся понять сложное многообразие возбужденных состояний, генерируемых от фотовозбуждения экситонных полупроводников.

Энергии, силы осцилляторов, времена жизни, множественность спинов, кулоновская связь. энергия и подвижность (степень локализации) этих состояний играют решающую роль в определении конкретных путей, необходимых для преобразования этих связанных состояний в свободные обвинения.

Основные результаты исследований

Борьба за отделение триплетных экситонов от синглетного деления в пентацене

Мы успешно идентифицировали акцепторы электронов, способные диссоциировать триплет экситоны синглетного деления в пленках пентацена.Однако даже при оптимальной езде силы, константа скорости переноса электрона на удивление мала.

Подробности исследования

• Успешно диссоциированные триплеты от синглетного деления в пентацене на свободные носители
• Определена и найдена оптимальная движущая сила для следования формулировке Маркуса
• Обнаруженная константа скорости фотоиндуцированного переноса электрона составляет 5–6 порядков. медленнее, чем для синглетных состояний

Значение и влияние

Медленный процесс диссоциации контрастирует с синглетными экситонами, открывая другие конкурирующие пути, которые могут оказаться препятствием для разработки эффективного синглетного деления солнечные элементы, основанные на прямом процессе диссоциации.

Партнеры

Университет Колорадо в Боулдере

Государственный университет Колорадо

Имперский колледж Лондона

Университет Кентукки

Университет науки и технологий имени короля Абдаллы

Эндотермическое синглетное деление с помощью конструкции олигомера

Мы обнаружили два триплетных экситона, рожденных в результате одного акта поглощения фотона в цепочках. молекулярных поглотителей формируются без потери энергии и со временем жизни в микросекундный режим за счет использования пространственного разделения и динамического геометрического изоляция.

Подробности исследования

• Разработаны и синтезированы олигомеры перилена с различным числом хромофоров, которые сильно связаны мостами
• Обнаружен значительный выход триплетов только в тримерах и более длинных структурах
• Спектроскопия и расчеты показали, что олигомеры претерпевают планаризацию в синглетном возбужденное состояние перед синглетным делением, но это крутильные движения впоследствии изолируют тройняшки

Значение и влияние

Конструкция сильно связанных, но гибких хромофоров демонстрирует новую парадигму для производства полезных высокоэнергетических триплетных экситонов в молекулярной архитектуре.Они имеют потенциал в качестве компонентов в фотоэлектрических или фотокаталитических схемах, которые ранее страдали от значительных потерь тепла, низкой эффективности разделения триплетов или недолговечности триплетные экситоны.

Микросекундное разделение заряда на гетеропереходах

Нами продемонстрированы гетеропереходы между дихалькогенидами переходных металлов и однослойные углеродные нанотрубки с исключительно длинным, микросекундным временем, зарядом разделение после субпикосекундного межфазного переноса заряда.Эти сроки службы носителей на порядки дольше, чем в дихалькогениде других однослойных переходных металлов. гетеропереходы.

Подробности исследования

• Однослойный дисульфид молибдена (MoS ₂ ), выращенный методом химического осаждения из газовой фазы
• Высокообогащенные (6,5) полупроводниковые однослойные углеродные нанотрубки
• Сверхбыстрая спектроскопия с временным разрешением

Значение и влияние

Долгоживущие разделенные носители заряда являются предпосылкой для эффективного преобразования энергия фотонов в электричество или топливо в устройствах сбора солнечной энергии.С этим исследования, мы противодействовали сверхбыстрому распаду возбужденного состояния в дихалькогениде переходного металла. монослоев, демонстрируя, что гетеропереходы между дисульфидом молибдена и однослойные углеродные нанотрубки обеспечивают чрезвычайно долгое время жизни носителей в микросекундах временной диапазон.

Контакт

Джеффри Блэкберн

Джеффри[email protected]
303-384-6649 .