rezistența electrică specifică a metalului
unde rT - Rezistivitatea de metal din cauza temperaturii;
RCT = rpr + r ef - rezistivitatea metalului din cauza distorsiunilor structurale;
RPR - rezistivitatea metalului din cauza impurităților;
r ef - rezistivitatea metalului datorită deformării.
Fenomenul supraconductivitatii - efect cuantic macroscopic, care constă în faptul că rezistența electrică a anumitor substanțe scade brusc la zero când este răcit sub un Tk critic de temperatură. caracteristic metalului dat.
Critică Materialul de temperatură de tranziție în stare supraconductoare depinde de compoziția izotopică:
unde M - greutatea medie atomic al elementului, format din diferiți izotopi.
Vysotemperaturnaya superconductibilitatea - tranziție anumite substanțe (cermet bazate) într-o stare supraconductoare la o temperatură peste temperatura de lichefiere a azotului (77 K).
Supraconductori - substanțe în care, atunci când răcite sub o temperatură critică Tk rezistență electrică scade la zero, adică superconductibilitatea se observă.
Cooper împerecherea - un fenomen în care un rezultat al atracției reciproce a electronilor de conducție cu spin opus legat specific de stat format - Cooper pereche.
efect Josephson - curentul supraconductor care curge prin stratul dielectric care separă cele două supraconductori:
a) un efect fix - un efect în care curentul prin joncțiunea Josephson nu depășește o anumită valoare critică și nu există nici o cădere de tensiune peste acest contact;
b) efect tranzitoriu - un efect în care curentul Josephson prin joncțiunea depășește o anumită valoare critică și o cădere de tensiune apare la acest contact, iar contactul radiază unde electromagnetice cu o frecvență
în cazul în care U - tensiunea care apare în paralel cu contactul Josephson.
4.5.2. Teoria Band de conductivitate electrică a solidelor
Teoria Band Solidelor - teoria cuantică a spectrului energetic al electronilor în cristal, prin care aceasta gama cuprinde zone alternante (benzi) de energii permise și interzise. La baza teoriei banda este așa-numita apropiere adiabatică și apropierea câmpului self-consistent.
Adiabatic aproximarea - sistem cuantic mecanic este separat în particule grele și ușoare - electroni și nuclee. Se presupune că mișcarea de electroni are loc în nucleele fixe și nucleele se deplasează încet în domeniul medie a tuturor electronilor.
Consecvent aproximare câmp: interacțiunea electronilor cu toți ceilalți electroni înlocuiesc acțiune pe ea câmp electric staționar având o periodicitate a rețelei cristaline, care creează în medie ocupă spațiu de electroni și toate celelalte toate nucleele.
Formarea benzii în spectrul energetic al cristalului este supus relației incertitudine:
unde DE - incertitudinea în determinarea energiei de electroni;
Dt - incertitudinea în determinarea timpului;
h - constanta lui Planck.
Zona autorizată - zona plină de electroni, fiecare dintre care nu pierde într-o legătură puternică cu atomul său de cristal. Electronii au valori admise de energie. Completarea electroni benzi permise (nivele de energie permise) este în conformitate cu distribuția Fermi-Dirac. Lățimea benzilor permise a determinat electronii de legătură de valență cu nuclee. Orice banda de energie admisibilă constă dintr-un număr mare de nivele de energie spațiate strâns, fiecare dintre ele putând fi de doi electroni cu spin opus (cu un moment unghiular propriu opus).
Zona Forbidden - zona, care împart zona permisă. Ei au permis valori de energie, astfel încât electronii nu pot fi.
Banda de valență - o zonă care este complet umplut cu electroni si este format electronilor interiori ai nivelului de energie ale atomilor liberi.
Banda de conducție (zonă liberă) - zonă care este fie umplut parțial cu electroni, și se formează fie libere de la nivelul de energie externă electroni „itinerante“ atomi izolați.
În funcție de gradul de umplere a electronilor zonelor și lățimea de bandă interzisă, toate substanțele pot fi împărțite în:
a) (nonconductors dielectrice). La T = 0 toate zonele care contin electroni, electronii sunt umplute în întregime. Următoarea zonă permisă neumplut este separat de acest bandgap destul de largă. Bandgap corespunde DE³3 eV;
b) conductori. La T = 0, banda de valență este umplut cu electroni parțial. Următoarea zonă permisă neumplut este separat de acest decalaj bandă, lățimea care corespunde DE
1 eV; constituie un grup specific de elemente metalice pământ conductori alcalino a căror bandă de valență se suprapune peste zona liberă (banda de conducție), rezultând în zona incomplet umplut;
c) semiconductori. La T = 0 toate zonele care contin electroni, electronii sunt umplute în întregime. Următoarea zonă permisă neumplut este separat de acest bandgap destul de largă. Decalajul de banda corespunde DE<3 эВ (
Un semiconductor intrinsec - elemente semiconductoare chimic pure și compuși, cum ar fi InSb, GaAs, CdS și altele.
conductivitate intrinseca de semiconductori - conductivitatea de semiconductori intrinseci.
conductibilitate electronică a semiconductorilor (conductivitate n - tip) - conductivitate de semiconductori intrinseci datorate electronilor.
„Hole“ (quasiparticle) - starea vacant apare în banda de valență, datorită trecerii electronilor de la o zonă la alta.
Semiconductorul gaura de conductivitate (p conductibilitatea - tip) - conductivitate semiconductori intrinseci, datorită găurilor (cvasiparticulelor).
conductivitate Emoționat de semiconductori intrinseci - conductivitatea semiconductorilor cauzate de factori externi (febra, expunere, câmpuri electrice puternice, etc.).
Energia Fermi în semiconductorul intrinsec este energia care excită electroni și găuri are loc:
în cazul în care DE - energia corespunzătoare decalajul de banda.
Concentrația de electroni în banda de conducție
în cazul în care E2 - energia corespunzătoare la limita inferioară ( „jos“) a benzii de conducție;
EF - energia Fermi;
T - temperatura termodinamică;
k - este constanta Boltzmann;
C1 - constant în funcție de temperatura și masa efectivă de conductivitate a electronului.
Masa efectivă - cantitate cu o dimensiune de masă. Se caracterizează proprietățile dinamice ale electronilor de conducție și găuri. Se ia în considerare efectele asupra electronilor de conducție, nu numai câmpul extern, dar, de asemenea, domeniul intern de cristal periodice și consideră mișcarea lor în câmpul extern ca mișcarea particulelor libere fără a ține seama de interacțiunea electronilor de conducție cu zăbrele.
Concentrația de găuri în banda de valență
unde C2 - constantă în funcție de temperatura și masa efectivă a găurilor;
E1 - energia corespunzătoare în partea de sus a benzii de valență.
Funcția de distribuție Fermi-Dirac pentru semiconductori intrinseci, ținând cont de principiul de excluziune al lui Pauli:
în cazul în care E - energia acestui nivel.
Funcția de distribuție Maxwell-Boltzmann (atunci când E - EF >> kT)
Conductibilitatea semiconductorilor intrinseci
în cazul în care G0 - caracteristică constantă a semiconductorilor.
Rezistivitatea electrică a semiconductorilor intrinseci
semiconductori impurității - semiconductor având impurități conductivitate.
Conductivitatea impuritatea este cauzată de prezența diferitelor impurități: atomi interstițiale și substitutionali; termice (situri atomice goale sau interstitiala), mecanice (dislocații, fisuri, etc.) defecte. Exemple sunt siliciu și germaniu, în care atomii cu o valență introdus diferit de valența atomilor pe unitatea principală.
impuritatea electronic de conductivitate (n-tip de conductivitate) rezultă din introducerea atomilor de impuritate care sunt diferite de principalii atomi de valență mai mare decât o unitate.
Donatorii - atomii de impuritate care sunt surse de electroni.
nivelurile de energie ale donatorilor - nivelurile de energie care corespund impuritatea donatorului.
Semiconductorul impuritate gaura de conductivitate (tip p conductibilitate) rezultă din introducerea atomilor de impuritate care sunt diferite de principalii atomi de valență mai puțin de unul.
Acceptori - atomi, electronii incitante din banda de valență a semiconductorilor.
nivelurile de energie acceptoare - nivelul de energie corespunzătoare acceptor.
Proprietățile de bază ale dispozitivelor semiconductoare utilizate în circuitele electrice: convertoare AC-DC, fotoelectrice.
Rectificativa proprietățile dispozitivelor semiconductoare datorită creării contactării regiunilor P- și n- ale atomilor de impuritate conductivitate (donatori și Acceptoare). Ca rezultat, un strat barieră subțire sărăcită purtători de curent (n- și p-centre). La interfața dintre P- și n-conductivitate domenii observate electrostatic potențial salt Dj, care în funcție de direcția câmpului electric extern sau a scăzut (direcția de curgere) sau creșteri (nu pe direcția de curgere). Dispozitive cu semiconductoare având această proprietate se numesc diode semiconductoare.
Proprietățile fotovoltaice ale dispozitivelor semiconductoare datorită creșterii conductivității lor electrice sub influența radiațiilor electromagnetice. Ca urmare, există o fotoconductie intrinsecă - electroni și gaura. Aceste proprietăți ale dispozitivelor semiconductoare sunt conectate atât la proprietățile materialului de bază și a impurităților conținute în ea.
Condiția pentru apariția fotoconductie dispozitivelor semiconductoare:
a) pentru proprii săi semiconductori
b) pentru semiconductor impuritate
unde h - constanta lui Planck;
n - frecvența de emisie;
DE - bandgap;
DEn - energia de activare a atomilor de impuritate.
fotoconductie de frontieră Roșu - lungimea de undă radiație electromagnetică (frecvență) la care fotoconductivitatea posibil:
a) semiconductori intrinseci (corespunzând porțiunii vizibile a spectrului)
b) pentru semiconductor impuritate (corespunzând infraroșu)
unde l0 - electromagnetice de lungime de undă de radiație;
c - Viteza luminii în vid.
Excitonilor - stat electron-gol asemănătoare (cvasiparticulelor) care apar sub acțiunea radiației electromagnetice cu energie mai mică decât energia decalaj banda. Excitoni sunt neutre electric.
Excitonului absorbție - absorbția radiației electromagnetice, ca urmare a excitonilor. Acesta nu este însoțită de o creștere a fotoconductie de semiconductori.
Funcția de lucru - cantitatea fizică este numeric egală cu energia Fermi care trebuie cheltuite pentru a elimina un electron dintr-o substanță solidă sau lichidă într-un vid (într-o stare cu energie cinetică zero).
în cazul în care A1. A2 - funcția de lucru electronică a metalelor în contact;
e - taxa de electroni.
în cazul în care. - energia Fermi pentru metale în contact.
Mai multe metale Volta - secvență în aranjamentul metalelor: Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd. Particularitatea acestei serii de metale este că atunci când fiecare contact anterior cu una dintre următoarele metale este încărcată pozitiv.
Legile experimentale A. Volta:
4.6. fenomene termoelectrice
fenomene Thermoelectric - un set de fenomene fizice datorită relației dintre procesele termice și electrice în conductori solizi (metale și aliaje), cauzate de lipsa echilibrului termic în fluxul de purtători de sarcină.
1. Aspect Seebeck - apariția unei forțe electromotoare într-un circuit electric, constând dintr-o serie eterogenă conectate conductori, între care contactele au temperaturi diferite. Ca urmare, există o conversie parțială a căldurii de la fierbinte la rece corpul, energia unui curent termoelectric. În această termoelectrică este direct proporțională cu diferența de temperatură în contact:
unde E - termoelectrică (TDES);
a - Teds coeficient caracteristic;
2. Fenomenul Pelletier constă în faptul că, în trecerea prin contactul a două metale diferite ale curentului electric, în funcție de direcția sa, sau este eliberat dintr-o cantitate de absorbție de căldură, care este proporțională cu curentul, adică,
în cazul în care Qp - cantitatea de căldură eliberată sau absorbită în conductorul;
T - temperatura contactului (joncțiune);
a1. a2 - Teds coeficienți caracteristice ale metalelor;
I - curentul electric prin contactul.
3. Fenomenul Thomson - izolarea sau absorbția căldurii în conductorul cu un curent, de-a lungul care există un gradient de temperatură care apare în plus față de căldură Joule. În acest caz,
în cazul în care QS - cantitatea de căldură eliberată sau absorbită în conductorul;
S - coeficientul Thomson în funcție de materialul de circuit;
(T1 - T2) - diferența de temperatură în aceste puncte conductorului;
I - curentul în conductorul;
T - timpul existenței actuale a conductorului.
5. Fenomenele electromagnetice
5.1. Câmpul magnetic și caracteristicile sale. concepte și legi de bază
Magnetostatică - sectiune a unei teorii câmp electromagnetic, care examinează proprietățile câmpului magnetic staționar (curenții electrici permanenți sau câmpuri ale magneților permanenți) precum și mișcarea particulelor încărcate în câmpul magnetic staționar.
Teorema de echivalență câmp tarifele magnetice și domeniile de curenți electrici constante (Teorema Amperi) × - câmpul magnetic este magneți extrem de subțiri plate ( „foaie magnetic“) format din magneți elementari orientați în mod identic sunt identic câmp închise linie (circulară) de curent care curge prin circuitul de magnet .
Makrotoki - deplasarea ordonată a sarcinilor electrice în conductor.
Microcurenți datorită prezenței electronilor atomi de substanțe care orbitează nucleele la o rată ridicată (
15 octombrie s -1). fiecare mișcare a unui electron este echivalent cu un circuit închis cu curent.