При нагревании кремния кинетическая энергия валентных электронов повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны покидают связи и становятся свободными, подобно электронам в металле. В электрическом поле они перемещаются между узлами решетки, образую электрический ток. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью. При повышении температуры число разорванных связей, а значит, и свободных электронов увеличивается. Это приводит к уменьшению сопротивления.
При разрыве связи образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют дыркой. В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с другими, нормальными, связями. Положение дырки в кристалле не фиксировано. Непрерывно происходит процесс перескакивания электронов, образующих связь атомов, на место дырок, восстанавливая связь, и образуя дырку на исходном месте. Таким образом дырка может перемещаться по всему кристаллу. Если электрического поля в кристалле нет, то перемещение дырок происходит беспорядочно, электрический ток не создается. Если же возникает электрическое поле, то возникает упорядоченное движение дырок, и, таким образом, к электрическому току свободных электронов добавляется электрический ток, связанный с перемещением дырок. Направление движения дырок противоположно движению электронов. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием дырок, называют дырочной проводимостью. Мы рассмотрели механизм проводимости идеальных полупроводников. Проводимость при этих условиях называют собственной проводимостью полупроводников.
Собственная проводимость полупроводников обычно невелика из-за малого числа свободных электронов. Но проводимость полупроводников очень сильно зависит от примесей. Именно это свойство сделало проводники тем, чем они являются в современной технике. При наличие примесей в полупроводнике наряду с собственной проводимостью возникает дополнительная – примесная проводимость. Изменяя концентрацию примеси, можно значительно изменить число носителей заряда того или иного знака. Благодаря этому можно создавать полупроводники с преимущественной концентрацией либо отрицательно, либо положительно заряженных носителей.
При добавлении в полупроводник атомов пятивалентных элементов, например мышьяка, даже при очень малой их концентрации, число свободных электронов возрастает во много раз. Четыре валентные электрона участвуют в создании ковалентной связи, а пятый валентный электрон оказывается слабо связан с атомом. Он легко покидает атом мышьяка и становится свободным. Примеси, легко отдающие электроны и, следовательно, увеличивающие число свободных электронов, называются донорными примесями. Поскольку полупроводники, обладающие донорными примесями имеют большее число электронов (по сравнению с числом дырок), их называют полупроводниками n‑типа.
В полупроводнике n‑типа электроны являются основными носителями заряда, а дырки – неосновными.
Если в качестве примеси использовать трехвалентный элемент, например индий, то характер проводимости полупроводника меняется. Теперь для образования ковалентных связей атому индия не хватает электрона. В результате образуется дырка. Такого рода примеси называют акцепторными. При наличии электрического поля дырки начинают перемещаться, возникает дырочная проводимость. Полупроводники с преобладанием дырочной проводимости над электронной называют полупроводниками p-типа.
Основными носителями заряда в полупроводнике p-типа являются дырки, а неосновными – электроны.
Наиболее важные свойства полупроводников происходят при контакте полупроводников n- и p-типов. Рассмотрим полупроводник, одна часть которого содержит донорные примеси, и поэтому является полупроводником n-типа, а другая – акцепторные примеси и представляет собой полупроводник p-типа. При включении полупроводника с p-n переходом в электрическую цепь так, чтобы потенциал полупроводника p-типа был положительным, а n-типа – отрицательным. При этом ток через p-n переход будет осуществляться основными носителями: из области n в область p – электронами, а из области p в область n – дырками. Следовательно, проводимость проводника велика. Такой переход называют прямым. Вольтамперная характеристика прямого перехода изображена сплошной линией. Если переключить полюсы батареи, то переход через контакт будет осуществляться неосновными зарядами. Следовательно, проводимость будет маленькой. Такой переход называют обратным. Вольтамперная характеристика обратного перехода изображена пунктирной линией.
Полупроводниковый диод.
Полупроводниковый диод- прибор, в котором используется один p-n переход. Бывает точечным и плоскостным. Диод- представитель нелинейных проводников.
Транзистор.
Транзистор- полупроводниковый прибор, в котором использовано два p-n перехода. Бывает точечным и плоскостным. Их можно использовать для усиления электрических сигналов.
Билет № 8
Закон всемирного тяготения – все тела во вселенной притягивают друг друга Fтяготения = G(m1m2)/R2 m1 – масса 1 тела m2 – масса 2 тела R – расстояние между центрами масс взаимодействующих тел G – гравитационная постоянная
Закон всемирного тяготения.
Тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. F=Gm1m2/R2; G- гравитационная постоянная. Гравитация- явление взаимного притяжения тел. Гравитационные силы- силы, действующие между всеми телами. Направление этих сил всегда совпадает с линией, соединяющей взаимодействующие тела. Их можно считать только при условии далекого расположения тел.
Гравитационная постоянная и способы ее измерения.
Гравитационная постоянная - коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех тел. Она численно равна силе притяжения двух тел массой 1 кг каждое при расстоянии между ними 1 м. G=6, 67 10-11 Н м2/кг2. Численное значение получено опытным путем. Направление силы совпадает с линией, соединяющей взаимодействующие тела.
Сила тяжести.
Сила тяжести- одно из проявлений гравитационной силы- силы притяжения к Земле. Она направлена к центру Земли. F=GMЗmТ/R2; F=mg Þg=GMЗ/R
Зависимость силы тяжести от высоты.
Если тело находится недалеко от поверхности Земли, то сила тяжести находится по формуле F=GMЗmТ/RЗ2, а ускорение свободного падения равно g. Если тело находится на некоторой высоте над поверхностью Земли, то сила тяжести определяется по формуле F=GMЗmТ/R2; а ускорение свободного падения- по формуле g=GMЗ/(RЗ+h)2.
Вес тела – это сила, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на опору или растягивает подвес.
Невесомость объясняется тем, что сила всемирного тяготения, а значит и Fт сообщают телам одинаковое ускорение g. Поэтому всякое тело, на которое действует только Fт или вообще сила всемирного тяготения, находятся в состоянии невесомости. Именно в таких условиях находится всякое свободно падаюшее тело. Исчезает вес, а Fт осталась, и именно она – причина свободного падения.
Движение тел под действием силы тяжести. Тело, падая, движется с а ускорением потому, что на него действует Fт , направленная вниз. а постоянно, т.к. постоянна действующая на него сила. а не зависит от m тела потому, что сама F зависит от m. а ускорение падающего тела не изменится, если толкнуть тело вниз, сообщив ему начальную скорость u0. если сообщить телу начальную скорость u0, направленную вверх, то это не изменит ни направление, ни численного значения а ускорения тела, потому, что толчок вверх не может изменить Fт. в обоих случаях траектория тела – вертикальная прямая. Высота: h=hoy+ uoy+gyt2/2. скорость тела в любой момент времени:
uy=uoy + gyt; скорость тела в любой точке траектории: uy2= uoy2+2gy(h-h0)
Движение под углом к горизонту.
Скорость по оси ОХ:Скорость по оси ОУ:Максимальное время подъема:; tполн = 2t;
Расстояние : S = Vx tполн. ;; Максимальная высота: ; Движение тела, брошенного горизонтально:
; ;
2Электромагнитные колебания. ; ; - собственна частота колебаний в контуре; ; ;; ; ; - фаза колебаний; - амплитуда тока; ;
С – скорость в ваакуме; n – абс. показатель преломления среды;
Колебательный контур.
Колебательный контур- простейшая система, в которой могут возникать свободные электромагнитные колебания. Он представляет собой соединенные последовательно конденсатор и катушку. В закрытом колебательном контуре электромагнитных колебаний не возникает.
Свободные электромагнитные колебания в контуре.
Свободные электромагнитные колебания- периодически повторяющиеся изменения силы тока в электрической цепи, сопровождающиеся периодическими превращениями энергии электрического поля в энергию магнитного поля (или обратно), происходящие без потребления энергии от внешних источников. Простейшая система- колебательный контур (последовательно соединенные конденсатор и катушка).
Превращение энергии в колебательном контуре.
t=0: зарядка конденсатора от батареи, вся энергия в конденсаторе; E=qm2/2c.
t=T/8: возникновение тока I, энергия распределена по контуру.
t=T/4: конденсатор разрядился, вся энергия в катушке, I достигает мах.
t=3T/8: конденсатор начинает перезаряжаться, энергия распределена.
t=T/2: конденсатор полностью перезарядился, энергия распределена, I=0.
Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре, и его решение.
В колебательном контуре роль ЭДС играет ЭДС самоиндукции. I(R+r)+UC=EL=-LI¢=-LDI/Dt; R+r®0 Þ I(R+r)®0; -LI¢=UC=q/C; I¢=q/LC. Пусть 1/LC=w02, тогда q¢¢=-w02q- это основное уравнение собственных электромагнитных колебаний. Его решением является уравнение вида q=q0cos(w0t+j0).
Формула Томсона для периода колебаний.
T=2pÖLC¢- формула Томсона. В колебательном контуре роль ЭДС играет ЭДС самоиндукции. I(R+r)+UC=EL=-LI¢=-LDI/Dt; (R+r)®0 Þ I(R+r)®0; -LI¢=UC=q/C; I¢=q/LC. Пусть 1/LC=w02; T=2p/w0=2pÖLC¢.
Затухающие электромагнитные колебания.
Собственные колебания в контуре быстро затухают, то есть происходит уменьшение амплитуды колебаний, так как значительная часть энергии при каждом колебании превращается в теплоту из-за наличия электрического сопротивления цепи и некоторая часть энергии излучается в окружающее пространство.
Билет № 9
Силы упругости – силы, восстанавливающие то состояние тела, которое было до деформации. Эта сила возникает из-за взаимодействия частиц (притяжения и отталкивания). Но и Fупр возникает также, когда тело изгибают или скручивают, сл-но, Fупр возникает при деформациях тела, она направлена к поверхности соприкосновения взаимодействующих тел. Все тела состоят из атомов или молекул. Расстояние между ними очень малы, как и сами частицы. Частицы взаимодействуют между собой. K=l/l0 – коэффициент жёсткости. Диаграмма рас-ния – это график зависимости s от e (s=F(e)). ОА – область упругой деформации;(з-н Гука); т.А - sn – предел пропорциональности(это maxs, при котором ещё выполняется з-н Гука); АВ – область остаточных деформаций, деф-ция » 0,1%. Т.B-sупр – предел упругости (maxs, при котором ещё не возникают заметные остаточные деформации); ВС – область текучести; т.С - предел текучести; СD- течёт материал; т.D-snч – предел прочности; после т.D – разрушение материала;
Понятие о деформациях.
Деформации- это растяжение, сжатие, изгиб, кручение и т. д. При любом виде деформации, если она не велика, возникает сила упругости, восстанавливающая то состояние, в котором тело находилось до деформации.
Закон Гука.
Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации. Fупр.=-kx. k- коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью тела. [Fупр.]=[Н/м].
Модуль Юнга.
Модуль Юнга- величина, характеризующая упругость материала. Dl/l=e- относительное удлинение, F/S=s- напряжение. s= Fe.
2 Незатухающие вынужденные колебания поддерживаются в цепи действием внешнего периодического U. Но возможны и другие способы получения незатухающих колебаний. Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счёт поступления энергии от источника внутри системы, называются автоколебательными . Незатухающие колебания, существующие в системе без воздействия на неё внешних периодических сил, назыв. автоколебаниями. Примером автоколебательной системы может служить генератор на транзисторе. Он содержит колебательный контур с конденсатором ёмкостью C, катушкой индуктивностью L, источник энергии и транзистор. Авто-я возбуждаются кол. кон. Генератора на транзисторе за счёт энергии источника постоянного U. В генераторе используются транзистор, устройство, сост. из эмиттера, базы и коллектора и имеющее 2 p-n перехода – прямой(эмиттерный) и обратный(коллекторный переход). Колебания тока в кол. кон. вызвают колебания U между эмиттером и базой, которые в свою очередь управляет I в цепи кол. кон.(обратная связь). Обратная связь - индуктивная (Lсв) от источника U в кол. кон. Поступает энергия, компенсирующая потери энергии в контуре на резисторе. Частота кол-й в кол. кон. Определяется L и C: w0=1/ÖLC. При малых L и C n кол-й велика. Генераторы на транзисторах широко применяются во множестве радиотехнических устройств: в радиоприёмниках, усилителях и т.д. Широко они применяются в современных электронно-вычислительных машинах. На примере генератора на транзисторе можно выделить основные эл-ты, хар-ые для многих автоколебательных систем: 1) источник энергии (источник пост. U), за счёт которого поддерживаются незатухающие кол-ния. 2)колеб. сис-ма, т.е. та часть автоколебательной системы, в которой происходят колебания. 3)устройство, регулирующее поступление энергии от источника в колеб. систему, - “клапан”(транзистор). 4)устройство, обеспечивающее обратную связь, с помощью которого кол. сис-ма управляет “клапаном” (индукт. связь катушки кол. кон.)с катушкой в цепи эмиттер- база.
Билет № 10
1. Fтр возникает при соприкосновении тел и всегда направлена вдоль поверхности соприкосновения. Этими она отличается от Fупр, направленной перпендикулярно пов-ти. Fтр препятствует перемещению соприкасающих тел. Fтр покоя равна по модулю и противоположна по направлению силе, направленной к покоящемуся телу. Сущ-т max Fтр покоя – (Fтр)max. только тогда, когда сила F станет больше, чем
(Fтр)max, тело получит ускорение. (Fтр) max=mN. m- коэф. трения. N-сила реакции опоры. Если тело скользит по какой-либо пов-ти, то его движению препятствует сила трения скольжения. По модулю она почти (Fтр) max. Направлена всегда в сторону, противоположную направлению движения тела относительно того тела, с кот. оно соприкасается. Направление Fтр противоположно направлению движения тела. Это значит, что а, сообщаемое телу Fтр, направленно против движения тела. Поэтому Fтр приводит к уменьшению u тела. Как и (Fтр) max. Fтр or=mN. m зависит от материалов, из которых изготовлены тела, как обработаны их пов-ти и т.д. m не зависит от S сопр-я пов-й тел, от положения тел. Трение между соприкасающими телами назыв. сухим трением. Когда тело движется, соприкасаясь с жидкостью или газом тоже возникает Fтр (сила жидкого трения). Сила жидкого трения << F сухого трения. В жидкости и газе нет Fтр покоя. Даже самая малая сила, приложенная к телу в жидкости или газе сообщает ему а. Сила жидкого трения зависит не только от направления движения тела но и от его u(Fтр жидкости зависит u). Форму тела, при котором Fтр жид мала называют обтекаемой формой. Fтр увеличивается при увеличении Fтяж. В быту часто полезное трение усиливают, а вредное ослабляют(применяют смазку, заменяют трение скольжения трением качения).
2) вынужденные кол-я – кол-я в цепи под действием внешнего периодического ЭДС. Переменный электрический ток – это ток, кот. меняется по величине и направлению по гармон. закону. Пер. эл. ток представляет собой не что иное, как вынужденные ЭМК. I и U меняются по гармон. закону: i=Imsin wt; u=Umsinwt; проволочную рамку, вращающуюся в пост. однородном магн. Поле можно рассматривать, как простейшую модель генератора перем. эл. тока. Ф=ВScosa;
Ei=-DФ/Dt.=-Ф1(t); a= wt; e=-Ф1(t)=-(BScosa)=-(-BSwsinwt);
ei =Emsin wt – ур-е Г.К. ЭДС. I=ÖI2=Im/Ö2 – действующее значение перемен. эл. тока, величина, равная кв. корню из среднего значения квадрата I. U=ÖU2=Um/Ö2; p=ImUm/2 – мощность. Мощность в цепи перем. Э.Т. опред. действ. значениями I и U; Сопротивление R назыв. активным, потому что при наличии нагрузки, обладающей этим R(резистора), цепь поглощает энергию, поступающюю от генератора. Эта энергия превращается во внутр. энергию проводников – они нагреваются. P=I2R; R=P/I2 – активное R. При небольших значениях n пер Э.Т. R проводника не зависит от n и практич. совпадает с его электрическим сопр. В цепи пост. тока. ; рассмотрим эл. цепь, сост. Из последовательно соед-х резистора, конденсатора и катушки. U=UR +UL+UC; (сумма магнитных значений напряжений на послед-но включённых эл-х цепи = магн. Значению приложенного напряжения); i=Imcoswt; (кол-я I во всех эл-х цепи происходят по закону i=Imcos wt). Кол-я U на резисторе по фазе совп. c кол-ми I; кол-я U на конденсаторе отстают от кол-й I на p/2; кол-я U на катушке опережают кол-я I на p/2.)Поэтому u=URmcoswt+UCmcos(wt-p/2)+ULmcos(wt+p/2); Um- ?Закон ома для эл цепи пер тока
Билет № 11
2Эл ток никогда не получил бы такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовать почти без потерь энергии. Преобразование перем. тока, при кот U увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потерь мощности, осуществляется с помощью трансформатора. Трансформатор сост. Из стального сердечника, на кот. надеты 2 или более катушки с проволочными обмотками. Одна из обмоток, назыв. первичной, подключается к источнику перем. U. Вторая обмотка присоед. “нагрузку”, назыв. вторичной.- условное обозначение трансформатора. В основу работы трансформатора положено явление ЭМИ. Включив одну из обмоток в сеть перем. тока, мы получим ток другой обмотки, если она замкнута. Е в проводах вторичной обмотки придут в движение под действием вихревого ЭП. При прохождении тока по первичной обмотки в сердечнике появляется магн. Поток, кот. возбуждает Еi в каждой обмотке. Магнитный поток сущ-т только внутри сердечника. еi в любом витке первичной или вторичной обмотки одинаково и определяется формулой еi=-DФ(t), т.к Еi=
-DФ/Dt==-Ф(t). Ф=BScosa; a=wt; ei=-(BScoswt)=-(-BSwsinwt)=Emsinwt; Em=wBS-амплитуда ЭДС в одном витке. 1) трансформатор, понижающий U: k=N1/N2;k=N1/N2=U1/U2; N-число витков в катушке; k-коэф. трансформации. N1>N2; U1>U2 Þ k>1. 2) тр, повышающий U: N1<N2;U1<U2; Þ k<1; p1»p2; I1U1»I2U2;
Страницы: 1, 2, 3, 4
