Що таке електропровідність: Неприпустима назва — Вікіпедія

Содержание

ЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ (ЩО ЦЕ, ПОНЯТТЯ ТА ВИЗНАЧЕННЯ) — НАУКА ТА ЗДОРОВ’Я

Що таке електропровідність:

Електропровідність — це здатність речовини або матеріалу дозволяти пропускати електричний струм через себе , тобто транспортувати електрони. Це протилежність електричного опору.

Електричні провідники змінюються залежно від температури та атомних та молекулярних структур речовин або матеріалів. Виділяються два типи електричних провідників: металеві та електролітні.

Дивіться також значення електроенергії.

Електропровідність у воді

Електропровідність у рідких речовинах пов’язана з наявністю в речовинах солей та їх складу позитивних та негативних іонів (атомів позитивного чи негативного заряду), здатних транспортувати електричну енергію. Ці іонні провідники називають електролітами.

Електропровідність буде залежати від кількості іонів, розчинених у рідині, від заряду та рухливості іонів, а також від в’язкості або щільності речовини. Тобто, маючи велику кількість розчинених іонів, тим вище провідність.

Наприклад, щільність води зменшується при підвищенні температури, отже, збільшується електропровідність.

Електропровідність відбувається через питну, морську і деіонізовану воду.

Електропровідність у металах

Твердими матеріалами, здатними проводити електропровідність, є речовини з валентними діапазонами (високий діапазон електричної енергії) і утворюють хмару вільних електронів, які генерують струм під час впливу електричного поля.

Метали складаються з багатьох електронів, тому вони є хорошими провідниками електрики. Зв’язки атомів, які мають метали, дають певну свободу руху електронам, тому вони є електричними провідниками.

Деякі з металів з найбільшою електропровідністю — залізо, срібло, мідь, алюміній та золото.

Електропровідність ґрунту

За допомогою електропровідності можна виміряти концентрацію розчинних солей, присутніх у ґрунтах, та визначити здатність матеріалу проводити струм.

Іншими словами, чим вище електропровідність, тим вища концентрація солей і чим нижча електропровідність, тим простіше відбувається удобрення ґрунту. З цієї причини необхідно проаналізувати, як електропровідність може впливати на ґрунтові речовини.

На електропровідність ґрунту може впливати залежно від якості води, яка використовується при розвитку сільськогосподарської чи ґрунтової діяльності.

Дивіться також значення електричного опору.

Значення електропровідності (що таке, поняття та визначення) — Факти

2022

Значення електропровідності — Факти

Зміст

Що таке електропровідність:

Електропровідність є здатність речовини або матеріалу пропускати через себе електричний струм, тобто транспортувати електрони. Це протилежність електричному опору.

Електричні провідники змінюються залежно від температури та атомної та молекулярної структур речовин або матеріалів. Виділяються два типи електричних провідників: металеві та електроліти.

Дивіться також значення електрики.

Електропровідність у воді

Електропровідність у рідких речовинах пов’язана із існуванням у речовинах солей та їх складом позитивних та негативних іонів (атомів із позитивним чи негативним зарядом), здатних переносити електричну енергію. Ці іонні провідники називаються електролітами.

Електропровідність буде залежати від кількості іонів, розчинених у рідині, від заряду та рухливості іонів, а також від в’язкості або щільності речовини. Тобто, оскільки є велика кількість розчинених іонів, тим більша провідність.

Наприклад, при підвищенні температури густина води зменшується, отже, електропровідність зростає.

Електропровідність відбувається через питну воду, морську та деіонізовану воду.

Див. Також Провідність.

Електропровідність у металах

Тверді матеріали, здатні проводити електропровідність, — це ті, що мають валентні смуги (високі діапазони електричної енергії) і утворюють хмару вільних електронів, що генерують струм при дії електричного поля.

Метали складаються з багатьох електронів, з цієї причини вони є хорошими провідниками електрики. Зв’язки атомів, які мають метали, надають електронам певну свободу руху, тому вони є електричними провідниками.

Деякі метали з найвищою електропровідністю — залізо, срібло, мідь, алюміній та золото.

Електропровідність грунту

За допомогою електропровідності можна виміряти концентрацію розчинних солей, що знаходяться в ґрунтах, і визначити здатність матеріалу проводити струм.

Тобто, чим вища електропровідність, тим вища концентрація солей і нижча електропровідність, полегшення ґрунтів полегшується. З цієї причини необхідно проаналізувати, як електропровідність може впливати на речовини в грунті.

Електропровідність ґрунту може впливати на якість води, яка використовується для розвитку сільського господарства або пов’язаної з ґрунтом діяльності.

Дивіться також значення електричного опору.

Презентація «Електропровідність рідин»

Про матеріал

В презентації «Електропровідність рідин» надане визначення та приклади електропровідності, чим відрізняється електропровідність в твердих тілах та рідинах, наявна рефлексія та перевірка отриманих знань

Перегляд файлу

Зміст слайдів

Номер слайду 1

ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ РІДИН

Номер слайду 2

ЩО ТАКЕ “ЕЛЕКТРОПРОВІДНІСТЬ”?Електропровідність — здатність речовини проводити електричний струм. Електропровідність виникає в електричному полі. Електропровідність властива усім речовинам, але для того, щоб вона була значною, необхідно, щоб в речовині були вільні заряди.

Номер слайду 3

Електропровідність виникає У вакуумі відсутні електричні заряди, тож його провідність нескінченно мала. Проте, якщо інжектувати електрони у вакуум, то він стає гарним провідником. Це явище використовується у вакуумних лвмпах. У металах є вільні носії зарядів — електрони. Зонна структура металів характеризується наполовину заповненою валентною зоною. Проте лише електрони із енергіями близькими до рівня хімічного потенціалу можуть прискорюватися електричним полем. У газах звичайно немає вільних носіїв заряду. Їх можна інжектувати з катода. Проте при своєму русі до анода інжектовані в газ електрони зазнають зіткнень із атомами газу й розсіюються. З одного боку це зменшує провідність, але з іншого боку, електрони, розігнані електричним полем до високих швидкостей, можуть іонізувати атоми газу, вибиваючи з них електрони й створюючи позитивні йони.

Номер слайду 4

Номер слайду 5

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ РІДИН

Номер слайду 6

ПИТОМА ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІЕлектропровідністю також називають питому електропровідність — кількісну міру цієї здатності. Питома електропровідність обернено пропорційна питому опору. Поняття питомої електропровідності можна застосовувати тоді, коли виконується закон Ома. У багатьох неоднорідних системах закон Ома несправедливий, і навіть при дуже малих прикладених полях, залежність струму від напруги нелінійна.

Номер слайду 7

ПРИРОДА ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІЕлектропровідність зумовлена переважним рухом заряджених часток, носіїв заряду в напрямку електричного поля. Носіями заряду можуть бути електрони, дірки або йони. Для забезпечення провідності носії заряду повинні бути вільними. Під дією цієї сили носій заряду прискорюється й набирає енергію. Проте це прискорення не безмежне. На заваді йому стають зіткнення із іншими носіями заряду, йонами чи нейтральними атомами. Під час таких зіткнень енергія електрона розсіюється й перетворюється в тепло. Проходження струму через речовину завжди супроводжується виділенням тепла. Величина електропровідності залежить, таким чином, не лише від концентрації вільних носіїв заряду та напруженості поля, а й від частоти зіткнень носіїв заряду, яка описується так званою довжиною вільного пробігуrstyle.font. Stylestyle.font. Weightstyle.text. Decoration. Underline

Номер слайду 8

перевірка знань: Що таке електропровідність?За рахунок чого виникає електричний струм?Чи залежить електропровідність рідин від температури розчину?

Електропровідність напівпровідників та її види.

Напівпровідниками називають речовини, значення електропровідності яких лежить в межах між електропровідністю речовин, що добре проводять електричний струм (провідників) і електропровідністю речовин, що практично не проводять електричного струму (діелектриків).

Найбільш поширеними напівпровідниками, що використовуються на практиці є германій (Ge), кремній (Si), а також сполуки, наприклад арсенід галію (GaAs), антимонід індію (InSb) і т.п. – це елементи ІІІ, ІV, V груп таблиці Д.І. Менделеєва.

Для напівпровідників є характерною значна залежність їх електричних властивостей від температури. На відміну від металів, електропровідність напівпровідників при зниженні температури зменшується, а при підвищенні зростає. При температурах близьких до абсолютного нуля напівпровідники поводять себе подібно до діелектриків. Іншими характерними особливостями напівровідників є значна залежність їх електропровідності від незначної кількості домішок і їх чутливість до різного роду випромінювання.

Більшість фундаментальних властивостей твердих тіл і, перш за все, сам факт існування провідників, напівпровідників, діелектриків пояснюється зонною теорією твердих тіл на підставі квантових уявлень. У даній роботі ми обмежимося нескладним якісним поясненням властивостей напівпровідників на основі полукласичних уявлень.

Типовими напівпровідниками є елементи ІV групи периодичної системи Менделєєва германій і кремній. Ці елементи утворюють кристалічну решітку подібну до алмазу, де кожен атом зв’язаний ковалентними (парно-електронними) зв’язками з чотирма рівновіддаленими від нього сусідніми атомами.

Умовно таке взаємне розташування атомів можна уявити у вигляді плоскої структури, яка зображена на рис. 8.7.

Зовнішні оболонки атомів кремнію і германію мають чотири валентних електрони. При об’єднанні таких атомів у кристалічну решітку кожний атом як би доповнює свою зовнішню оболонку до восьми електронів, утворюючи із чотирма оточуючими його атомами так звані парно-електронні або ковалентні зв’язки (подвійні лінії на малюнку). Картина, що показана на малюнку, відповідає чистому (без домішок) напівпровідникові. Кола зі знаком (+) означають позитивно заряджені атомні залишки (тобто ту частину атома, яка залишається після видалення валентних електронів), кола зі знаком (−) – валентні електрони (електрони зв’язку).

Рис.8.7. Схема кристалічної решітки напівпровідника і пояснення власної електропровідності

При дуже низькій температурі всі валентні електрони беруть участь в утворенні зв’язків між атомами й не можуть брати участь у процесі електропровідності – напівпровідник поводиться подібно до діелектрика.

При підвищенні температури теплові коливання решітки призводять до розриву окремих валентних зв’язків. Електрон, що звільнився при розриві зв’язку, стає електроном провідностіі може вільно переміщатися по всьому об’єму напівпровідника, беручи участь у процесі електропровідності.

Крім процесу переносу заряду за допомогою електронів провідності в напівпровідниках реалізується також інший механізм електропровідності. Він обумовлений тим, що при розриві валентного зв’язку утворюється вакантне місце, в околиці якого виникає надлишковий позитивний заряд, рівний за модулем величині заряду електрона. Такий позитивний заряд прийнято називати діркою (пунктирний кружок на рис. 8.7). Наявність дірки, як показано на рис. 8.7, створює додаткову можливість для переносу заряду: на місце відсутнього електрона може перескочити будь-який електрон із сусіднього зв’язку (практично без витрати енергії), при цьому дефектний зв’язок буде відновлений, а дірка виникне вже на новому місці і т.д. Таким чином, відбувається перехід сусідніх електронів зв’язку на величину міжатомної відстані, а дірка, в остаточному рахунку, може мандрувати по всьому кристалу. Досить зручно всі електричні процеси, що пов’язані з переміщеннями електронів зв’язку, розглядати як переміщення в напівпровідниках не цих електронів, а дірок – уявних частинок, що мають елементарний позитивний заряд.

Поряд із переходами електронів зі зв’язаних станів у вільні (генерації електронів і дірок) реалізуються й зворотні переходи, при яких електрони провідності відновлюють порушені зв’язки. Пари електрон – дірка при цьому зникають. Такий процес називається рекомбінацією. При зниженні температури рухлива рівновага процесів генерації й рекомбінації змішується вбік зменшення числа генерацій. При цьому зменшується концентрація вільних електронів і дірок, що веде до збільшення опору напівпровідника.

Під час відсутності зовнішнього електричного поля електрони й дірки рухаються хаотично.

З появою поля на хаотичний рух накладається впорядкований рух: електронів проти поля й дірок у напрямку поля. Таким чином, виникає електричний струм, вільними зарядами якого є електрони провідності й дірки, концентрації яких у чистих напівпровідниках, позбавлених хімічних домішок і інших дефектів решітки, однакові. Розглянутий процес електропровідності напівпровідників одержав назву власної електропровідності.

Є ще один спосіб утворення носіїв струму в напівпровідниках. Можна ввести в чистий напівпровідник контрольовані домішки. Припустимо, що в чистий германій внесена невелика кількість атомів домішки. В якості домішки розглянемо який-небудь елемент п’ятої групи таблиці Менделєєва, наприклад, фосфор (Р). Для здійснення ковалентних зв’язків у решітці германія необхідні всього чотири валентні електрони, тому п’ятий валентний електрон атома фосфору виявляється як би зайвим і легко відділяється від атома за рахунок дуже невеликої додаткової енергії. При цьому виникає електрон провідності, що не залишає дірки, яку міг би зайняти сусідній електрон, а атом фосфору перетворюється в позитивно заряджений, зв’язаний іон. Описаний процес, схематично показано на рис. 8.8,а.

Внесення 5-валентних домішок призводить до того, що в напівпровіднику окрім електронів і дірок власної провідності з’являється додаткове число вільних електронів, концентрація яких визначається концентрацією домішки.

а) б)

Рис. 8.8. Утворення домішкової електропровідності

Додавання одного атома фосфору на мільйон атомів германія призводить до переваги концентрації електронів над концентрацією дірок у тисячу разів. Домішки, атоми яких віддають електрони, одержали назву донорнихдомішок (від лат.

donare – дарити), а напівпровідники, у яких переважають негативні носії заряду – називають напівпровідниками n-типу.

Тепер розглянемо випадок, коли валентність домішки на одиницю менше валентності основних атомів. На рис. 8.8,б умовно показана решітка кремнію, з 3-валентною домішкою атомів бору. Трьома своїми валентними електронами атом бору вступає в ковалентні зв’язки із сусідніми атомами кремнію. Але трьох валентних електронів атома бору недостатньо для утворення зв’язків з усіма чотирма сусідами. Відсутній четвертий електрон буде захоплений з одного із сусідніх зв’язків. У відповідному зв’язку утворюється дірка, атом бору перетвориться в негативний зв’язаний іон, а дірка набуває можливість перемішуватися по кристалу. У такому напівпровіднику, крім електронів і дірок власної провідності, з’являється додаткове число дірок, концентрація яких визначається концентрацією домішки й може на кілька порядків перевищувати концентрацію власних вільних зарядів. Домішки, що призводять до появи дірок, одержали назву акцепторних (від лат. acceptare – приймати), а напівпровідники, у яких переважає діркова електропровідність – називають напівпровідниками p-типу.

Слід звернути увагу на наступне. Електропровідність напівпровідників, яка пов’язана з наявністю в них домішок, називається домішковою. Носії заряду, які представлені в більшості (електрони в напівпровіднику n-типу й дірки в напівпровіднику p-типу), одержали назву основнихносіїв заряду. Але в напівпровідниках n-типу також є й невелика кількість дірок, а в напівпровідниках p-типу невелика кількість вільних електронів. Представлені в меншостях відповідні носії заряду називають неосновними (дірки в напівпровіднику n-типу та електрони в напівпровіднику p-типу).

НАПІВПРОВІДНИКОВИЙ ДІОД. ЗАСТОСУВАННЯ НАПІВПРОВІДНИКІВ

Вам вже відомо, що в електронній лампі носії заряду – електрони – виникають внаслідок термоелектронної емісії. Це потребує спеціального джерела електричної енергії для розжарення нитки катода. У р-n-переході носії заряду утворюються тоді, коли у кристал вводять акцепторну або донорну домішку. Отже, відпадає потреба використовувати джерело енергії для одержання вільних носіїв заряду. У складних схемах зекономлена внаслідок цього енергія буває досить значною.

Мал. 43

Мал. 44

Напівпровідникові випрямлячі при таких самих значеннях випрямленого струму мініатюрніші, ніж електронні лампи, тому радіосхеми на напівпровідниках компактніші.

Зазначені переваги напівпровідникових приладів особливо істотні для використання їх на штучних супутниках Землі, космічних кораблях, в ЕОМ.

Напівпровідникові діоди виготовляють з германію, кремнію, селену та інших речовин.

Розглянемо утворенняр-л-переходу при використанні в діоді германію, що має провідність л-типу за рахунок невеликої добавки донорної домішки. Цей перехід не вдається одержати за допомогою механічного з’єднання двох напівпровідників з різними провідностями, оскільки при цьому буває надто великий зазор між напівпровідниками. Товщина жр – л-переходу має бути не більшою від міжатомних відстаней. Тому в одну з поверхонь зразка вплавляють індій. Внаслідок дифузії атомів Індію в монокристал германію біля поверхні германію утворюється ділянка з провідністю р-типу. Решта зразка германію, куди атоми Індію не проникли, як і раніше, має провідність л-типу. Між двома ділянками з провідністю різних типів і виникає р-п – перехід (мал. 43). У напівпровідниковому діоді германій є катодом, а індій – анодом.

Щоб запобігти шкідливим впливам повітря і світла, кристал германію вміщують у герметичний металевий корпус (мал. 44, а). Схематичне зображення діода подано на мал. 44, б.

Напівпровідникові випрямлячі мають високу надійність і працюють тривалий час. Проте вони можуть працювати лише в обмеженому інтервалі температур(приблизно від – 7 0 до 125 °С) .

З 9 класу ви знаєте, що у напівпровідниках електричний опір значною мірою залежить від температури. Цю властивість використовують для вимірювання температури за силою струму в колі з напівпровідником. Такі прилади називають термісторами або терморезисторами.

Термістори – одні з найпростіших напівпровідникових приладів. Для їх виготовлення використовують германій, селен та ін. Термістори випускають у вигляді стержнів, трубок, дисків, шайб і намистин розміром від кількох мікрометрів до кількох сантиметрів.

Діапазон вимірюваних температур більшості термісторів лежить в інтервалі від 170 до 570 К. Проте є термістори для вимірювання дуже високих (до 1300 К) і дуже низьких (від 4 до 80 К) температур.

Термістори застосовують для дистанційного вимірювання температури, протипожежної сигналізації тощо.

Електрична провідність напівпровідників підвищується не тільки від їх нагрівання, а й від їх освітлення. При освітленні напівпровідника сила струму в колі помітно зростає, що свідчить про збільшення провідності (зменшення опору) напівпровідників під дією світла. Цей ефект не пов’язаний з нагріванням, оскільки він може спостерігатися і при незмінній температурі.

Електрична провідність зростає внаслідок розривання зв’язків і утворення вільних електронів і дірок за рахунок енергії світла, що падає на напівпровідник. Це явище називають фотоелектричним ефектом. Прилади, в яких використовують фотоелектричний ефект у напівпровідниках, називають фоторезисторами або фотоопорами. Завдяки мініатюрності й високій чутливості фоторезистори використовуються в найрізноманітніших галузях техніки для реєстрації і вимірювання слабких світлових потоків. За допомогою фоторезисторів визначають якість поверхонь, контролюють розміри виробів тощо.

Це цікаво знати

Першим кроком у дослідженні напівпровідників було відкриття у 1822 р. німецьким фізиком Т. Зеебеком явища виникнення ЕРС у колі з різних напівпровідників, місця з’єднання яких підтримувалися при різних температурах. Суть дослідів полягала у наступному: Зеебек, відтворюючи досліди Ерстеда, припаював два різних метали, з’єднував їх мідним провідником і розміщав усередині петлі, утвореної провідником, магнітну стрілку. Схема установки Зеебека наведена на мал. 45. Нагріваючи місце спаю за допомогою свічки, Зеебек помітив, що магнітна стрілка відхиляється! А через 12 років Ж. Пельт’є повідомив про температурні аномалії на контакті двох різнорідних провідників при проходженні через цей контакт електричного струму.

У 1821 р. учитель М. Фарадея Г. Деві встановив, що провідність “деяких металів” зменшується зі зростанням температури. Пізніше у 1833 р. вже сам Фарадей помітив, що при нагріванні сірчистого срібла його опір зменшується, тоді як відомо, що опір металів при нагріванні зростає (цю властивість використовують у термісторах – датчиках температури в електричних термометрах).

Фоточутливість напівпровідників вперше помітили в 1873 р. англійські електротехніки В. Сміті Дж. Мей, які при

Мал. 45

Мал. 46

Виготовленні високоомних опорів із селену спостерігали зменшення його опору при освітленні (цю властивість використовують у…

фоторезисторах – складових приладів для вимірювання світлових величин). Це явище відразу ж знайшло практичне використання: скориставшись високою фоточутливістю селену, американський винахідник А. Белл сконструював “фотофон” – прилад для передавання людської мови на відстань прямого зору, а вже на початку XX ст. за допомогою селенових фотоопоріЕ було здійснено передачу зображень по проводах. У1888 р. Російський фізик В. Ульянін у Казані опублікував повідомлення про відкриття ним явища виникнення фотоелектрорушійної сили при освітленні селену крізь напівпрозорий електрод. Знову про це явище повідомив у 1924 р. Г. Гейгер, а в 1932 р. А. Ланге побудував із закису міді перший фотоелемент із запірним шаром.

У 1922 р. інший російський фізик Нижегородської радіолабораторії О. Лосєв сконструював кристалічний детекторний приймач (кристадин), дію якого не могла пояснити жодна фізична лабораторія світу, Дослідження уніполярної (однобічної) провідності деяких речовин проводив німецький фізик Г. Ом, а перший напівпровідниковий (сульфідний) випрямляч для технічного застосування виготовив у 1906 р. у Росії П. Павловський.

Відкриття ж фізичних ефектів, покладених в основу транзистора, пов’язане саме з діяльністю видатного українського фізика В. Лашкарьова (1903-1974). Він по праву мав би одержати Нобелівську премію з фізики за відкриття транзисторного ефекту, якої в 1956р. були удостоєні американські учені Дж. Бардін, В. Шоклі, У. Браттейн.

Ще в 1941 р. В. Лашкарьов опублікував статтю “Дослідження запірних шарів методом термозонда” і у співавторстві з К. Косоноговою – “Вплив домішок на вентильний фотоефект в закису міді”. Лашкарьов встановив, що обидві сторони “запірного шару”, розташованого паралельно межі поділу мідь-закис міді, мають протилежні знаки носіїв струму. (На мал. 46 наведено купрокс-діод нар-л-переході (мідь-закис міді). Його виготовили на військовому заводі в Уфі під керівництвом Лашкарьова під час Другої світової війни і використовували у військових польових радіостанціях.)

Це явище одержало назву р-л-переходу. Вчений пояснив і механізм інжекції – важливого явища, на основі якого діють напівпровідникові діоди і транзистори.

Перше повідомлення в американському виданні про появу напівпровідникового підсилювача-транзистора з’явилося лише у липні 1948 р., тільки через 7 років після статті В. Лашкарьова. Його винахідники – американські учені Бардін і Браттейн пішли по шляху створення так званого точкового транзистора на базі кристала германію л-типу. Перший обнадійливий результат вони одержали наприкінці 1947 р. Проте прилад поводився нестійко, його характеристики відрізнялися непередбачуваністю, і тому практичного застосування точковий транзистор не дістав.

У 1951 р. у США з’явився надійніший – площинний – транзистор л – р-л-типу. Його створив Шоклі. Транзистор складався з трьох шарів германію л-, р – і л-типу, загальною товщиною 1 см, він зовсім не був схожий на подальші мініатюрні, а з часом і невидимі оку компоненти інтегральних схем.

До речі, отримати чисті монокристали германію та кремнію і на їх основі створити площинні транзистори та діоди вдалося іншому українському вченому В. Тучкевичу, який розробив також технологію виготовлення силових напівпровідникових вентилів (тиристорів).

Уже через декілька років значущість винаходу американських учених стала очевидною, і вони були нагороджені Нобелівською премією. Можливо, “холодна війна”, що почалася тоді, відіграла свою рольутому, що В. Лашкарьов не став Нобелівським лауреатом. Його інтерес до напівпровідників не був випадковим. Починаючи з 1939 р. і до кінця життя учений послідовно і результативно займався дослідженням їх фізичних властивостей. На додаток до двох перших праць Лашкарьов у співавторстві із В. Ляшенком опублікував статтю “Електронні стани на поверхні напівпровідника”, в якій було описано результати досліджень поверхневих явищ в напівпровідниках, що стали основою роботи інтегральних схем на базі польових транзисторів.

Під керівництвом В. Лашкарьова на початку 50-х років XX ст. в Інституті фізики АН УРСР було організовано виробництво точкових транзисторів. Сформована ним наукова школа у галузі фізики напівпровідників стала однією з провідних у колишньому СРСР. Визнанням видатних результатів стало створення в 1960 р. Інституту напівпровідників АН УРСР, який очолив В. Лашкарьов. У 2002 р. ім’я В. Лашкарьова присвоєно заснованому ним Інституту напівпровідників НАН України.

Ті, хто глибше цікавиться фізикою, можуть дослідити залежність сили струму діода від температури й освітленості. Для цього ще треба мати фотодіод та мікроамперметр чи міліамперметр (до 5 мА).

Задачі та вправи

Розв’язуємо разом

1. Чи втрачає свою теплову енергію під час зіткнення з йонами гратки електрон провідності металу?

Розв’язання

Ні. Він втрачає тільки незначну кінетичну енергію, якої він набув при напрямленому русі в електричному полі.

2. Дистильована вода навіть після подвійної перегонки трохи проводить струм. Як це пояснити?

Розв’язання

Дуже мала частина молекул води дисоційована, і утворені йони Н+ та ОН” спричиняють невелику провідність води.

3. Яка провідність напівпровідникового матеріалу – вища, власна чи домішкова?

Розв’язання

Домішкова (за тих невисоких температур, під час яких використовують більшість напівпровідникових пристроїв та елементів схем).


Урок «Електропровідність напівпровідників. Власна та домішкова провідність. p-n – перехід. Напівпровідниковий діод »

Тема уроку: «Електропровідність напівпровідників. Власна та домішкова провідність. p-n – перехід. Напівпровідниковий діод »

Мета уроку:

навчальна: вивчити особливості протікання струму в напівпровідниках; ознайомитися із застосуванням різних пристроїв, заснованих на протіканні електричного струму в якому-небудь середовищі;

розвивальна: розвивати пізнавальні інтереси; формувати вміння планувати роботу та орієнтуватися в інформаційному просторі; вдосконалювати вміння порівнювати, аналізувати навчальний матеріал при складанні узагальнюючих таблиць; удосконалювати навички самостійної навчальної роботи;

— виховна: створити мотивацію до навчання; встановлювати зв’язок з життєвим досвідом; формувати вміння продовжувати думку іншого, співпрацювати

 

Етапи уроку

Види діяльності

1.

Підготовка до засвоєння нових знань

Фронтальне опитування з попередніх тем. Повторення матеріалу

2.

Етап засвоєння нових знань

Пояснення нового матеріалу у вигляді  уроку-бесіди з активним спілкуванням. Перегляд інтерактивних слайдів і анімації теоретичні висновки 

3.

Первинна перевірка розуміння й закріплення нових знань

Перегляд  слайду «експрес-опитування» Виконання тесту

4.

Підведення підсумків уроку. Домашнє завдання

Складання порівняльної таблиці “Електричний струм у різних середовищах ”

 

АКТУАЛІЗАЦІЯ ЗНАНЬ.

  1.                Що є носіями заряду в металах? Яким чином вони там утворилися?
  2.                На малюнку показаний рух електронів в металі. Який це рух? Що ви можете сказати про електричне поле в металі?
  3.                Що змінилося в поведінці електронів, та чому це відбулося?
  4.                Від чого залежить сила струму в металах?
  5.                Чим пояснюється опір металів? Як він залежить від температури?
  6.                Результати якого досліду показані на малюнку? Які висновки Ви можете зробити?
  7.                Дати визначення електролітів
  8.                Який процес показаний на малюнку?
  9.                Що є носіями струму в електролітах?
  10.            Як залежить провідність електролітів від температури? Чому так?
  11.            Яке явище показано на малюнку?
  12.            Де використовують явище електролізу?

ПОЯСНЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Питомий опір низки елементів (кремнію, германію, селену тощо) та деяких оксидів, сульфідів, телуридів з підвищенням температури не зростає, як у металів, а, навпаки, різко зменшується (рис. 1). Такі речовини назвали напівпровідниками. Як видно з графіка, при температурах, що наближаються до абсолютного нуля, питомий опір різко зростає, тобто при низьких температурах T напівпровідник веде себе як діелектрик. Зі зростанням температури питомий опір напівпровідників швидко зменшується.

Пояснимо ці закономірності, розглянувши будову напівпровідників на прикладі чотиривалентного елемента германію (рис 2). Взаємодія пари сусідніх атомів здійснюється за допомогою ковалентного (парноелектронного) зв’язку. У темряві і при низьких температурах усі електрони зайняті в ковалентних зв’язках. Вільних носіїв у кристалі напівпровідника немає (n), отже I = q0nS = 0, тому кристал не проводить струму і його опір великий. За цих умов напівпровідник схожий на ізолятор.

З підвищенням температури кристала (або під час попадання на нього світла) деякі ковалентні зв’язки руйнуються. На місці кожного розірваного зв’язку відразу утворюється вакантне місце з нестачею електрона. Його називають діркою. Оскільки дірка переміщується в кристалі, як і вільний носій в електричного заряду, то їй приписують позитивний заряд. Якщо діє зовнішнє електричне поле, в кристалі напівпровідника виникає впорядковане переміщення дірок і до електричного струму вільних електронів додається електричний струм, пов’язаний з переміщенням дірок (діркова провідність).Провідність чистих напівпровідників, що не мають ніяких домішок, називають власною провідністю напівпровідників.

Власна провідність напівпровідників невелика, оскільки малою є кількість вільних електронів. Особливість напівпровідників полягає в тому, що в них за наявності домішок поряд із власною провідністю виникає додаткова — домішкова провідність. Змінюючи концентрацію домішки, можна суттєво змінити кількість носіїв заряду того або того знака, а отже, створити напівпровідники з переважаючою концентрацією чи позитивно, чи негативно заряджених носіїв. Наприклад, внесемо в чотиривалентний германій Ge невелику кількість п’ятивалентного арсену (As) (рис. 3). Чотири електрони арсену (As) утворюють ковалентні зв’язки із сусідніми атомами германію (Ge), а п’ятий одразу стає вільним. Домішки, що легко віддають електрони, і, отже, збільшують кількість вільних носіїв, називають донорними домішками.

Напівпровідники з донорною провідністю мають більшу кількість електронів порівняно з кількістю дірок. Їх називають напівпровідниками n-типу. У них електрони є основними носіями заряду, а дірки — неосновними.

Коли як домішку використовують індій (In), атоми якого тривалентні, то характер провідності силіцію зміниться. Тепер для встановлення нормальних парно-електронних зв’язків із сусідами атома індію не вистачає електрона. Унаслідок цього утворюється дірка. Кількість дірок у кристалі дорівнюватиме кількості атомів домішки (рис. 4). Домішки цього типу називають акцепторними (приймальними). Напівпровідники з переважанням діркової провідності над електронною називають напівпровідниками р-типу. Основними носіями заряду таких напівпровідників є дірки, а неосновними — електрони.

Цікаві явища спостерігаються під час контакту напівпровідників n— і р-типів.

Припустимо, у нас є кристал, в якому зліва знаходиться область напівпровідника з дірковою (p-типу), а праворуч — з електронною (n-типу) провідністю (рис. 5). Завдяки тепловому руху при утворенні контакту електрони з напівпровідника n-типу будуть переходити в область р-типу. При цьому в області n-типу залишиться не скомпенсований позитивний іон донора. Перейшовши в область з дірковою провідністю, електрон дуже швидко рекомбінує з діркою, при цьому в області р-типу утворюється не скомпенсований іон акцептора.

Аналогічно електронам, дірки з області р-типу переходять в електронну область, залишаючи в діркової області не скомпенсований негативно заряджений іон акцептора. Перейшовши в електронну область, дірка рекомбінує з електроном. У результаті цього в електронній області утворюється не скомпенсований позитивний іон донора.   В результаті дифузії на границі між цими областями утворюється подвійний електричний шар різнойменно заряджених іонів, товщина  якого не перевищує часток мікрометра.

Між шарами іонів виникає електричне поле з напруженістю Ei. Електричне поле електронно-діркового переходу (р-n-перехід) перешкоджає подальшому переходу електронів і дірок через межу розділу двох напівпровідників. Замикаючий шар має підвищений опір в порівнянні з іншим об’ємом  напівпровідників.

Зовнішнє електричне поле з напруженістю E впливає на опір замикаючого електричного поля. Якщо n-напівпровідник підключений до негативного полюса джерела, а плюс джерела з’єднаний з p-напівпровідником, то під дією електричного поля електрони в n-напівпровіднику і дірки в p-напівпровіднику будуть рухатися назустріч один одному до межі розділу напівпровідників (рис. 6). Електрони, переходячи кордон, «заповнюють» дірки. При такому прямому напрямку зовнішнього електричного поля товщина замикаючого шару і його опір безперервно зменшуються. В цьому напрямку електричний струм проходить через р-n-перехід, провідність усього зразка велика, а опір малий. Такий перехід називають прямим.

Якщо n-напівпровідник з’єднаний з позитивним полюсом джерела, а p-напівпровідник — з негативним, то електрони в n-напівпровіднику і дірки в p-напівпровіднику під дією електричного поля будуть переміщатися від межі розділу в протилежні боки (рис. 7). Це призводить до потовщення замикаючого шару і збільшення його опору. Напрямок зовнішнього електричного поля, що розширює замикаючий шар, називається замикаючим (зворотнім). При такому напрямку зовнішнього поля електричний струм основних носіїв заряду через контакт двох п-і p-напівпровідників не проходить.  Цей перехід називають зворотним.

На вольт-амперній характеристиці залежність сили прямого струму від напруги зображено лінією зростаючою в додатному напрямі осі напруги U . Після перемикання полюсів батареї, коли потенціал напівпровідника р-типу буде від’ємним, а потенціал напівпровідника n-типу — додатним, опір переходу зростає, а струм стає незначним. Напрям руху дірок протилежний рухові електронів. Тому напівпровідники мають електронну і діркову провідності (рис. 8).

     Сила зворотного струму майже не змінюється у разі зміни напруги. Створюючи в одному кристалі (наприклад, германію) рn перехід вплавленням в одну з його поверхонь домішки індію, можна виготовити напівпровідниковий діод. Щоб позбавитися шкідливих впливів повітря і світла, кристал германію вміщують у герметичний металевий корпус. На схемах діод зображують, як показано на рис. 7. Діоди використовують для випрямлення струму в радіосхемах. Напівпровідниковий діод має переваги перед електронними двоелектродними лампами: економія енергії для одержання носіїв струму, мініатюрність, висока надійність і тривалий термін дії.

Діод має односторонню провідність — сила прямого струму у разі навіть невеликих напруг значно більша від зворотного струму за такої самої напруги. Недоліками цих діодів є погіршення їх роботи з підвищенням температури і вологості.

Первинна перевірка знань

Експрес-опитування учня (учениці)_____________________

____________________________________________________

1. Який з графіків відповідає залежності питомого опору напівпровідників від температури?

2. Який з графіків відповідає залежності питомого опору металів  від температури?

3. В одному випадку п’ятивалентний фосфор додали в германій, в іншому — в кремній. Який тип провідності переважає в кожному випадку?

4. На якому із малюнків показане введення в напівпровідник донорної домішки?

5. На якому із малюнків показане введення в напівпровідник акцепторної домішки?

6. На якому з малюнків показане пряме під’єднання діода?____________

7. На якому з малюнків показане зворотне під’єднання напівпровідникового діода?

8. На якому з малюнків показана ВАХ напівпровідникового діода?

9. На якому з малюнків показана ВАХ металевого провідника?

10. На якому малюнку показане схематичне позначення напівпровідникового діоду?

11. Чи правильне твердження, що на малюнку А) зображена кристалічна структура напівпровідника?

12. Чи правильно на малюнку К) показаний напрямок внутрішнього поля контактної області двох напівпровідників?    Таблиця з варіантами відповідей.

 

 

 

 

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Скласти порівняльну таблицю: «Електричний струм у різних середовищах»

РЕЧОВИНА

МЕТАЛИ

ЕЛЕКТРОЛІТИ

НАПІВПРОВІДНИКИ

ГАЗИ

1. Дати визначення  (навести приклади речовини.)

 

 

 

 

2. Хто є носієм зарядів в речовині?

 

 

 

 

3. Яким чином вони там утворилися?

 

 

 

 

4. Залежність провідності речовини від  температури та інших параметрів.

 

 

 

 

5. Основні формули з даної теми

 

 

 

 

6. Примітки (особливості струму в даній речовині)

 

 

 

 

 

 

5.2. Електропровідність. Провідники та ізолятори

5.2. Електропровідність. Провідники та ізолятори

Знадобилися десятиліття й численні досліди з різними тілами, щоб в 1729 році англійський фізик Стефан Грей (1666–1735) відкрив явище електропровідності та встановив, що електрика може передаватися від одного тіла до іншого вологою мотузкою на відстань 765 футів (233 м), але не передається по шовковій нитці. Він також встановив, що електропровідність залежить від матеріалу, з якого зроблений провідник. Грей першим з усіх поділив речовини на провідники і непровідники електрики. До провідників належать усі метали, вугілля, графіт, розчини кислот, основ, солей і т. ін. Тіла, в яких електричні заряди не можуть вільно переміщуватися (не передають електрику або передають її з великими труднощами), одержали назву непровідників (ізоляторів, або діелектриків). Це скло, смола, порцеляна, каучук, ебоніт, шовк, дистильована вода, гас, гази й багато інших речовин. Стефан Грей виявив також, що деякі тіла (наприклад волосся, смола, скло) довгий час зберігають передану їм електрику. Йому вдалося зберігати електричні властивості цих тіл до тридцяти днів. Електричні властивості тієї самої речовини можуть змінюватися залежно від зовнішніх умов. Наприклад, скло звичайно є ізолятором, але, перебуваючи у вологому повітрі, воно значною мірою втрачає свої ізоляційні властивості. Якщо ж його сильно нагріти або розплавити, то скло починає проводити електрику.

Електричні властивості напівпровідників були вивчені й знайшли найширше застосування тільки в ХХ столітті. Почалося все з того, що в 1931 році радянський академік А.Ф. Йоффе опублікував статтю із пророчою назвою «Напівпровідники – новий матеріал електротехніки» і почав їх всебічне дослідження. Недарма на всій земній кулі Йоффе кличуть «батьком напівпровідників». Із самого початку він передбачив не тільки майбутню роль напівпровідників, але й найважливіші області їх застосування. Йоффе наполегливо переконував, що без провідників не можна навіть мислити прийдешньої техніки. Ще на зорі напівпровідникової науки він мріяв про потужну енергетику без машин. «Можна сміло сказати, – писав Йоффе, – що напівпровідники покликані зробити революцію у техніці виробництва, рівну за значенням тій революції, яку зробило розщеплення атомного ядра».

Абрам Федорович Йоффе (1880–1960) народився в м. Ромни Полтавської губернії. У 1902 році закінчив Петербурзький технологічний інститут, а в 1905 році – Мюнхенський університет. Був учнем В.К. Рентгена. З 1918 по 1951 рік працював директором Фізико-технічного інституту АН СРСР, а з 1952 р. – директором Лабораторії напівпровідників, потім з 1955 р. – Інституту напівпровідників АН СРСР. З ініціативи і при його участі були створені фізико-технічні інститути в Харкові, Дніпропетровську, Свердловську, Томську. З 1932 року з ініціативи Йоффе в Ленінграді був організований Агрофізичний інститут, єдиний у світі за цим профілем, яким він керував до останнього дня свого життя. Йоффе мав разючу фізичну інтуїцію й глибоке розуміння найскладніших і найтонших фізичних явищ, умів проникати в їх суть, уявляти собі не тільки найближче, але й досить віддалене майбутнє, побачити зв’язок там, де інші навіть не підозрювали про нього. Він не мислив науки без зв’язку із практикою: за першим етапом – дослідження – незмінно йшов другий – втілення. Найбільшою заслугою А.Ф. Йоффе є створення школи фізиків, з якої вийшли багато великих учених: А.П. Александров, Л.А. Арцимович, П.Л. Капіца, І.К. Кікоїн, І.В. Курчатов, П.І. Лукирський, М.М. Семенов, Я.І. Френкель та ін. Близькі його учні А.І. Ансельма й В.П. Жузе писали про нього: «Важко назвати вченого, який настільки проникливо передбачав би шляхи май бутнього розвитку науки, «відкрив» таку кількість видатних вчених, організував стільки нових інститутів, створив такий високий стиль наукового керівництва, виявив би таку наполегливість у здійсненні поставле них перед країною завдань і мужність при невдачах».

Напівпровідник, види провідності, характеристики — Corelamps

Напівпровідник – це речовина, яка займає проміжне місце між провідниками, що мають високу електропровідність (метали, електроліти) та діелектриками які майже не проводять електричний струм(фарфор, гума та інші).

  1. Види провідності
  2. Власна провідність напівпровідників
  3. Домішкова провідність напівпровідників
  4. P-N перехід
  5. Вольт-амперна характеристика p-n переходу
  6. Застосування напівпровідників

До провідників відносять оксиди металів Al2O3, Cu2O, ZnO, TiO2, сірчисті з’єднання – сульфіди (Cu2S, Ag2S, ZnS, CdS, HgS) з’єднання з селеном – селеніди, з’єднання з теллуром – теллуріди, деякі сплави (MgSb2, ZnSb2, AlSb, ClSb), хімічні елементи – германій, кремній, теллур, бор, вуглець, сіра, фосфор, миш’як, а також складні з’єднання (гелен, карборунд та інші).

Напівпровідник – речовина з електропровідністю 10-10 – 104 (ом х см)-1

Електричні властивості напівпровідників сильно відрізняються від провідників та ізоляторів.

Електропровідність сильно залежить від температури, освітленості, наявності та інтенсивності електричного поля, кількості домішок.

Види провідності

У напівпровідників розрізняють два види провідності: електронну та діркову.

 Електронна провідність здійснюється вільними електронами, а діркова – переміщенням зв’язків, що залишились без електрона.

Електронна провідність

Провідність, що зумовлена рухом електронів, називається електронною і позначається буквою n (nпровідність).

Вільні електрони рухаються всередині кристалічної решітки напівпровідника, подібно вільним електронам в металі. Провідність напівпровідника, обумовлену рухом електронів, називають електронною.

Діркова провідність

Провідність, що зумовлена рухом дірок, називається дірковою і позначається буквою p (pпровідність).

В наслідок руйнування ковалентних зв’язків, на місці кожного розірваного зв’язку відразу утворюється вакантне місце з нестачею електрона, його називають діркою. Оскільки дірка в кристалі переміщюєтся як і вільний носій електричного заряду то їй приписують позитивний заряд. Якщо діє зовнійнє електричне поле, в напівпровіднику виникає впорядковане переміщення дірок і до електричного струму вільних електронів додається струм пов’язаний з переміщенням дірок.

Власна провідність напівпровідників

Чистий напівпровідник має однакові степені електронної і діркової провідності (в розумінні рівної кількості носіїв одного та іншого типів).

Провідність чистих напівпровідників, що не мають ніяких домішок, називають – власною провідністю напівпровідників. Власна провідність напівпровідників невелика, оскільки малою є кількість вільних електронів.

В чистому кристалі германія і в кристалах інших напівпровідникових елементів при низьких температурах вільних електронів немає і такі кристали в таких умовах є хорошими діелектриками.

Провідність хімічно чистого напівпровідника стає можлива в випадках коли ковалентні зв’язки в кристалах розриваються. Наприклад, нагрівання до відносно невисоких температур призводить до розриву ковалентних зв’язків і появі вільних електронів і виникнення власної електронної провідності чистого напівпровідника (провідність n-типу.).

Енергія яка має бути затрачена для створення в кристалах чистих напівпровідників електропровідності називається енергією активації власної провідності.

 З підвищенням температури збільшується число розривів ковалентних зв’язків і збільшується кількість вільних електронів в чистих напівпровідниках.

Це означає що питома електропровідність чистих напівпровідників з підвищенням температури збільшується, а питомий опір зменшується . Цим напівпровідники відносні відрізняються від металів, у яких питомий опір збільшується при нагріванні.

Окрім нагрівання, розрив ковалентних зв’язків і виникнення власної провідності може бути викликане освітлення (фотопровідність) або дією сильних електричних  полів.

Коли кристалічний чистий напівпровідник отримує енергію яка необхідна для розриву ковалентних зв’язків і електрон уходить з свого місця, електрична нейтральність кристала в цьому місці порушується. В місці звідки пішов електрон виникає надлишковий позитивний заряд – з’являється позитивна дірка, яка поводиться як заряд, що рівний по абсолютному значенню заряду електрона, но позитивний по знаку. На звільнене від електрона місце – дірку – може переміститись сусідній електрон, а це рівносильно тому, що перемістилась позитивна дірка: вона з’являється в новому місці, звідки пішов електрон.

В зовнішньому електричному полі електрони переміщуються в сторону що протилежна направленню напруженості електричного поля. Позитивні дірки переміщуються в напрямку напруженості електричного поля, тобто в сторону куди рухався б позитивний заряд під дією електричного поля. Процес переміщення електронів і дірок в зовнішньому електричному полі відбувається по всьому кристалу напівпровідника. Електропровідність чистого напівпровідника зумовлена упорядкованим переміщенням дірок, називається власною дірковою провідністю (провідність p-типу).

Загальна питома провідність напівпровідника складається з провідності n- і p-типів.

Домішкова провідність напівпровідників

Якщо до чистого провідника додати малий відсоток домішки, то механізм провідності зміниться. Домішки додають для збільшення носіїв заряду. Зі збільшенням носіїв заряду збільшується електропровідність. За наявності домішок поряд із власною провідністю виникає додаткова – домішкова провідність. Змінюючи концентрацію домішки, можна  змінити кількість носіїв заряду того або того знака, а отже, створити напівпровідники з переважаючою концентрацією чи позитивно, чи негативно заряджених носіїв.

Донорна домішка (напівпровідник n-типу провідності)

n-тип провідності мають напівпровідники з донорними домішками.

Якщо в чотирьох валентний германій (Ge) додати п’яти валентний миш’як (As). Атоми домішки займуть місце у кристалічній градці місце атомів германію. П’ятий електрон виявиться зайвим і легко відривається від атому і стає вільним. Це призводить до зростання електропровідності. Якщо прикласти до напівпровідника зовнішнє електричне поле переміщення зарядів стає направленим. Домішка з атомів з валентністю, що перевищує валентність основних атомів називається донорською.

У кристалі германію з домішкою миш’яку є електрони і дірки, що створюють  власну провідність кристала. Але основним типом носіїв вільного заряду є електрони, що відірвалися від атомів миш’яку.  Така провідність називається електронною, а напівпровідник, що має електронну  провідність, називається напівпровідником n-типа.

Акцепторна домішка (напівпровідник р-типу провідності)

p-тип провідності мають напівпровідники з акцепторними домішками.

Якщо до чотирьох валентного германію додати не миш’як, а трьох валентний індій (In). То для створення ковалентного зв’язку йому не вистачає одного електрона, а на місці де невистачає електрона маємо позитивно заряжену електронну ваканцію – “дірку”. При прикладенні зовнішнього електричного поля рух електронів стає напрямленим і електрони сусідній атомів рухаються від однієї дірки до іншої.

 Наявність акцепторної домішки різко знижує питомий опір напівпровідника за рахунок появи великого числа вільних дірок. Концентрація дірок в напівпровіднику з акцепторною домішкою значно перевищує концентрацію електронів, які виникли через власну електропровідність напівпровідника. Провідність такого типа називається дірковою провідністю. Домішковий напівпровідник з дірковою провідністю називається напівпровідником p-типа.

р—n – перехід

Контакт двох напівпровідників з різним типом провідності називають р—п-переходом.

Перехід не можна створити простим дотиком пластин n– і p–типу, оскільки при цьому неминучий проміжний шар повітря, окисів або поверхневих забруднень. Ці переходи отримують сплавленням або дифузією відповідних домішок в пластинки монокристалу напівпровідника, а також шляхом вирощування рn переходу із розплаву напівпровідника з регульованою кількістю домішок.

Дифу́зія — це процес взаємного проникнення молекул або атомів однієї речовини поміж молекул або атомів іншої, що зазвичай приводить до вирівнювання їх концентрацій у всьому займаному об’ємі.

Якщо на кристал кремнію, обробленого миш’яком, наплавити шматок індію, то частина атомів індію внаслідок дифузії проникне в товщу кристалу і в ньому утворяться області з різним типом провідності.

У контакті напівпровідників р- і n-типу відбувається взаємна дифузія електронів і дірок та їх нейтралізація, унаслідок чого виникає запірний шар, який має великий опір. У запірному шарі створюється електричне поле Е0 напрямлене від n до p, і контактна різниця потенціалів (потенціальний бар’єр) який обмежує подальшу дифузію носіїв заряду. 

Пряме підключення р—n – переходу.

Якщо створити поле E, напрямлене від р- до n-типу напівпровідника, опір запірного шару зменшиться і через  р—n перехід починає протікати прямий струм. Опір переходу при такому підключенні знижується, а ширина запірного шару зменшується. При такому підключенні р—n перехід відкритий.

Зворотне підключення  р—n – переходу.

Якщо створити поле E, напрямлене від n- до p-типу напівпровідника, то напрям електричного поля співпадає з внутрішнім електричним полем. Опір збільшується , запірний шар збільшуєтся.

Здатність пропускати струм тільки в одному напрямку називають вентельним ефектом.

Вольт-Амперна характеристика р—n – переходу.

Пряма вітка (пряме підключення)

  • А – Пряме електричне поле менше за запираюче та струм що проходить через р—n – перехід незначний.
  • В – З ростом прямої напруги р—n – перехід відкривається.

Зворотня вітка (зворотне підключення)

  • D – При зворотньому підключенні потенційний бар’єр для носіїв заряду зростає. Результуючий струм збільшиться але далі буде незмінним, тому що кількість неосновних зарядів обмежена, всі приймають  участь в механізмі переносу струму наступає – “насичення”.
  • Е – При подальшому збільшенні зворотньої напруги призводить до зростання швидкості руху носіїв заряду їх кінетична енергія досягає до величини ударної іонізації атомів р—n переходу при цьому лавиноподібно збільшується кількість електронів і дірок у р—n переході, це обумовлює зростанням струму при незмінній напрузі – лавиноподібний пробій р—n переходу. Має зворотній характер.  

Подальше зростання струму веде до розігрівання кристалу, що викликає генерацію додаткових зарядів і наступає тепловий пробій р—n переходу.

  • F – в наслідок пробою р—n перехід руйнується.

Застосування напівпровідників

У сучасній техніці напівпровідники знайшли найширше застосування, вони зробили дуже сильний вплив на технічний прогрес. Завдяки їм вдається значно зменшити вагу і габарити електронних пристроїв. Розвиток усіх напрямків електроніки призводить до створення і вдосконалення великої кількості різноманітної апаратури на напівпровідникових приладах.

 Однак деякі напівпровідникові матеріали мають малу температурну межу.(наприклад, германій), але не дуже складна температурна компенсація або заміна основного матеріалу приладу іншим (наприклад, кремнієм, карбідом кремнію) в значній, ступеня усуває і цей недолік.

Напівпровідники  використовуються при виготовленні напівпровідникових діодів. Подвійні переходи (р-n-р або n-р-n) – транзисторів і тиристорів. Ці прилади в основному застосовуються для випрямлення, генерації і посилення електричних сигналів. На основі фотоелектричних властивостей напівпровідників створюють фотосопротивления, фотодіоди і фототранзистори. Напівпровідник служить активною частиною генераторів (підсилювачів) коливань напівпровідникових лазерів. При пропущенні електричного струму через p-n перехід в прямому напрямку, носії заряду – електрони і дірки – рекомбинируют з випромінюванням фотонів, що використовується при створенні світлодіодів, з яких роблять освітлювальні прилади наприклад світлодіодні світильники та прожектори.

Напівпровідникові прилади набули широкого поширення в світовій практиці, революційно перетворюючи електроніку, вони служать основою при розробці та виробництві: вимірювальної техніки, комп’ютерів, апаратури для всіх видів зв’язку і транспорту, для автоматизації процесів в промисловості, пристроїв для наукових досліджень, ракетної техніки, медичної апаратури інших електронних пристроїв і приладів. Застосування напівпровідникових приладів дозволяє створювати нову апаратуру і вдосконалювати стару, призводить до значить, зменшення її габаритів, ваги, споживаних потужностей, а отже, зменшення виділення тепла в схемі, до збільшення міцності, до негайної готовності до дії, дозволяє збільшити термін служби і надійність електронних пристроїв.

Tweet

Навігація записів

Что такое электропроводность? — Определение и измерение — Видео и стенограмма урока

Что такое электричество?

Когда вы включаете выключатель, сразу же загорается свет, и вы можете видеть! Вы когда-нибудь задумывались о том, что происходит внутри ваших стен, чтобы это произошло? Если бы вы могли зайти внутрь стен, вы бы увидели, что медный (или другой металлический) провод соединяет выключатель с лампочкой, и когда вы переводите выключатель в положение «включено», он замыкает цепь и пропускает электричество. течет через провод и лампочку, заставляя ее нагреваться и излучать яркий свет.

Что такого особенного в медном проводе, который позволяет электричеству течь по нему и зажигать свет? Медь позволяет электричеству проходить через нее, потому что она имеет высокую электропроводность , которая в основном представляет собой способность электрического тока течь через материал. Чтобы лучше понять, что это значит, нам сначала нужно сделать шаг назад и подумать о том, что такое электричество на самом деле.

Все в известной вселенной, включая вас, состоит из мельчайших атомов.Внутри каждого атома находятся еще более мелкие частицы, называемые электронов , протонов и нейтронов . Протоны и нейтроны намного больше электронов и слипаются в центре или ядре атома. Они всегда застревают внутри атома и не имеют большой возможности перемещаться. Однако электроны находятся в пространстве, окружающем ядро, и могут свободно перемещаться в гораздо большей степени, чем протоны и нейтроны.

Электроны также являются заряженными частицами. Каждый электрон имеет крошечный отрицательный заряд, который он несет с собой, куда бы он ни направлялся.Поскольку электроны могут легко перемещаться внутри атома, они также могут иногда перемещаться от одного атома к другому. Когда многие электроны движутся от атома к атому в одном направлении, заряды текут так же, как вода может течь в трубе. Этот поток заряженных электронов через материал и есть то, что мы называем электрическим током . Электрический ток, протекающий через лампочку, заставляет ее нагреваться и излучать свет.

Электропроводность Факты для детей

Электропроводность — это мера способности материала обеспечивать перенос электрического заряда.Его SI равен сименсов на метр , (A 2 с 3 м −3 кг −1 ) (назван в честь Вернера фон Сименса) или, проще говоря, Sm −1 .

Это отношение плотности тока к напряженности электрического поля. Это эквивалентно электрической проводимости, измеренной между противоположными сторонами 1-метрового куба испытуемого материала.

  • Символ электропроводности: κ (каппа), а также ς (сигма) или γ (гамма).

Электрическая проводимость — это электрическое явление, при котором материал содержит подвижные частицы с электрическим зарядом (например, электроны), которые могут переносить электричество. Когда к проводнику прикладывается разность электрических потенциалов, по нему текут электроны и возникает электрический ток.

Проводник, такой как металл, имеет высокую проводимость, а изолятор, такой как стекло или вакуум, имеет низкую проводимость. Полупроводник имеет проводимость, которая сильно меняется в зависимости от условий.

Электропроводность обратна (или обратна) величине удельного электрического сопротивления.

Причины проводимости

Упрощенная теория зон

Согласно элементарной квантовой механике электроны в атоме не принимают произвольных значений энергии. Скорее, электроны занимают только определенные дискретные энергетические уровни в атоме или кристалле; энергии между этими уровнями невозможны. Когда большое количество таких разрешенных энергетических уровней расположено близко друг к другу (в энергетическом пространстве) — т.е.е. имеют схожие (минимально различающиеся) энергии — мы можем говорить об этих энергетических уровнях вместе как об «энергетической полосе». В материале может быть много таких энергетических зон, в зависимости от атомного номера {количества электронов (если атом нейтрален)} и их распределения (помимо внешних факторов, таких как изменение энергетических зон окружающей средой).

Электроны материала стремятся минимизировать общую энергию материала, переходя в низкоэнергетические состояния; однако принцип исключения Паули означает, что они не могут все перейти в самое низкое состояние.Вместо этого электроны «заполняют» зонную структуру, начиная снизу. Характерный энергетический уровень, до которого заполнились электроны, называется уровнем Ферми. Положение уровня Ферми по отношению к зонной структуре очень важно для электропроводности: только электроны на энергетических уровнях вблизи уровня Ферми могут свободно перемещаться, поскольку электроны могут легко перескакивать между частично занятыми состояниями в этой области. Напротив, низкоэнергетические состояния все время жестко заполнены фиксированным числом электронов, а высокоэнергетические состояния всегда пусты от электронов.

В металлах

Подобно шарикам в колыбели Ньютона, электроны в металле быстро передают энергию от одного полюса к другому, несмотря на их собственное незначительное движение.

Металл состоит из решетки атомов, каждый из которых имеет внешнюю оболочку из электронов, которые свободно отделяются от своих родительских атомов и путешествуют по решетке. Это также известно как положительная ионная решетка. Это «море» диссоциирующих электронов позволяет металлу проводить электрический ток. Когда к металлу прикладывается разность электрических потенциалов (напряжение), возникающее электрическое поле заставляет электроны дрейфовать к положительному выводу.Действительная дрейфовая скорость электронов очень мала, порядка метра в час. Однако, поскольку электроны плотно упакованы в материале, электромагнитное поле распространяется по металлу почти со скоростью света. Механизм подобен передаче импульса шариков в колыбели Ньютона.

Большинство металлов обладают сопротивлением. В более простых моделях (не квантовомеханических моделях) это можно объяснить заменой электронов и кристаллической решетки волнообразной структурой.Когда электронная волна проходит через решетку, волны интерферируют, что вызывает сопротивление. Чем правильнее решетка, тем меньше возмущений и, следовательно, сопротивление ниже. Таким образом, величина сопротивления обусловлена ​​главным образом двумя факторами. Во-первых, это вызвано температурой и, следовательно, скоростью вибрации кристаллической решетки. Температура вызывает неровности в решетке. Во-вторых, важна примесь металла, поскольку различные ионы также вызывают неровности.

Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем больше электронов на единицу длины доступно для переноса тока.В результате сопротивление меньше в проводниках большего сечения. Количество актов рассеяния, с которыми сталкивается электрон, проходящий через материал, пропорционально длине проводника. Следовательно, чем длиннее проводник, тем выше сопротивление. Различные материалы также влияют на сопротивление.

В полупроводниках и изоляторах

Основные страницы: Полупроводник и изолятор (электричество)

В металлах уровень Ферми находится в зоне проводимости (см. Теорию зон выше), что приводит к появлению свободных электронов проводимости.Однако в полупроводниках положение уровня Ферми находится внутри запрещенной зоны, примерно на полпути между минимумом зоны проводимости и максимумом валентной зоны для собственных (нелегированных) полупроводников. Это означает, что при 0 градусов по Кельвину свободных электронов проводимости нет, а сопротивление бесконечно. Однако сопротивление продолжает уменьшаться по мере увеличения плотности носителей заряда в зоне проводимости. В примесных (легированных) полупроводниках примесные атомы увеличивают концентрацию основных носителей заряда, отдавая электроны в зону проводимости или создавая дырки в валентной зоне.Для обоих типов донорных и акцепторных атомов увеличение плотности легирующей примеси снижает сопротивление. Следовательно, сильно легированные полупроводники ведут себя металлически. При очень высоких температурах вклад термически генерируемых носителей преобладает над вкладом легирующих атомов, и сопротивление экспоненциально уменьшается с температурой.

В ионных жидкостях/электролитах

В электролитах электрическая проводимость осуществляется не зонными электронами или дырками, а полным перемещением атомных частиц (ионов), каждый из которых несет электрический заряд.Удельное сопротивление ионных растворов (электролитов) сильно зависит от концентрации: в то время как дистиллированная вода является почти изолятором, соленая вода является хорошим проводником электричества. Проводимость в ионных жидкостях также контролируется движением ионов, но здесь речь идет о расплавленных солях, а не о сольватированных ионах. В биологических мембранах токи переносятся ионными солями. Небольшие отверстия в клеточных мембранах, называемые ионными каналами, селективны к определенным ионам и определяют сопротивление мембраны.

Сверхпроводимость

Основная статья: Сверхпроводимость

Удельное электрическое сопротивление металлического проводника постепенно уменьшается с понижением температуры. В обычных проводниках, таких как медь или серебро, это уменьшение ограничивается примесями и другими дефектами. Даже вблизи абсолютного нуля реальный образец нормального проводника показывает некоторое сопротивление. В сверхпроводнике сопротивление резко падает до нуля, когда материал охлаждается ниже критической температуры. Электрический ток, протекающий по петле из сверхпроводящего провода, может сохраняться бесконечно долго без источника питания.

В 1986 году исследователи обнаружили, что некоторые керамические материалы из купрата и перовскита имеют гораздо более высокие критические температуры, а в 1987 году один из них был произведен с критической температурой выше 90 К (-183 °С). Такая высокая температура перехода теоретически невозможна для обычного сверхпроводника, поэтому исследователи назвали эти проводники высокотемпературными сверхпроводниками . Жидкий азот кипит при 77 К, что облегчает проведение многих экспериментов и приложений, которые менее практичны при более низких температурах.В обычных сверхпроводниках электроны удерживаются парами за счет притяжения, опосредованного фононами решетки. Наилучшая доступная модель высокотемпературной сверхпроводимости все еще несколько сырая. Существует гипотеза, что спаривание электронов в высокотемпературных сверхпроводниках опосредуется короткодействующими спиновыми волнами, известными как парамагноны.

Плазма

Основная статья: Плазма (физика) Молния является примером присутствия плазмы на поверхности Земли. Обычно молния разряжает до 30 000 ампер при напряжении до 100 миллионов вольт и излучает свет, радиоволны и рентгеновские лучи.Температура плазмы в молнии может достигать 28 000 кельвинов (28 000 ° C) (50 000 ° F), а плотность электронов может превышать 10 24 м −3 .

Плазма является очень хорошим проводником электричества, и электрические потенциалы играют важную роль. Потенциал, существующий в среднем в пространстве между заряженными частицами, независимо от того, как его можно измерить, называется потенциалом плазмы или пространственным потенциалом . Если электрод вводится в плазму, его потенциал обычно значительно ниже потенциала плазмы из-за того, что называется дебаевской оболочкой.Хорошая электропроводность плазмы делает ее электрические поля очень малыми. Это приводит к важной концепции квазинейтральности , согласно которой плотность отрицательных зарядов примерно равна плотности положительных зарядов над большими объемами плазмы ( n e  =  n i ), но в масштабе длины Дебая может быть зарядовый дисбаланс. В частном случае образования двойных слоев разделение зарядов может достигать нескольких десятков дебаевских длин.

В астрофизической плазме дебаевское экранирование предотвращает прямое воздействие электрических полей на плазму на больших расстояниях, т. е. больше дебаевской длины. Однако существование заряженных частиц заставляет плазму генерировать магнитные поля и подвергаться их влиянию. Это может вызвать и действительно вызывает чрезвычайно сложное поведение, такое как генерация двойных слоев плазмы, объекта, который разделяет заряд на несколько десятков дебаевских длин. Динамика плазмы, взаимодействующей с внешними и собственными магнитными полями, изучается в рамках академической дисциплины магнитогидродинамики.

Электропроводность — документация GPG 0.0.1

Электропроводность (\(\сигма\)) — это физическое свойство, которое описывает, насколько легко электрический ток может течь через среду под действием приложенного электрического поля. В частности, он определяет взаимосвязь между плотностью электрического тока (\(\vec J\)) внутри материала и электрическим полем (\(\vec E\)) :

\[\vec J = \сигма \vec E\]

В камнях и других материалах есть свободные электрические заряды.Когда к материалу приложено электрическое поле, эти заряды испытывают электрическую (кулоновскую) силу. Эта сила заставляет свободные заряды двигаться через материал в направлении приложенного поля; с положительными зарядами, движущимися параллельно полю, и отрицательными зарядами, движущимися в противоположном направлении. Величина потока электрических зарядов через материал известна как электрический ток (\(\vec I\)). Плотность тока представляет собой количество тока, протекающего на единицу площади поперечного сечения (\(A\)), где:

\[\vec J = \frac{\vec I}{A}\]

В проводящих материалах (более крупные \(\сигма\)) свободные заряды перемещаются довольно легко, и относительно слабым электрическим полем могут индуцироваться сильные токи.Напротив, резистивные материалы (меньшие \(\сигма\)) требуют сильных электрических полей, чтобы производить какой-либо значительный ток.

Удельное сопротивление : Физическим свойством, эквивалентным проводимости, является удельное сопротивление (\(\rho\)). По определению удельное сопротивление материала обратно пропорционально его проводимости:

\[\rho = \frac{1}{\sigma}\]

И электрическая проводимость, и удельное сопротивление приемлемы для описания проводящих свойств горных пород, и иногда они используются взаимозаменяемо.2\)

Электрический ток

\(\vec I\)

А

Проводимость

\(\сигма\)

См/м или мСм/м

Удельное сопротивление

\(\ро\)

\(\Омега\cdot\!\) м

, где V — вольты, A — амперы, а S — сименсы.Часто используются миллисименсы на метр (мСм/м) (1000 мСм/м = 1 См/м). Таким образом, 1 мСм/м = 1000 \(\Omega\cdot\!\) м.

Измерение проводимости

Измерение электропроводности/удельного сопротивления породы довольно просто. Сначала из породы берется цилиндрический образец керна. Затем образец керна помещают в держатель образца между двумя медно-графитовыми электродами, где он действует как резистивный элемент для цепи.

Затем используется источник для подачи постоянного тока (\(I\)) через образец сердечника.Измеряя падение напряжения (\(\Delta V\)) по длине образца, можно использовать закон Ома для определения сопротивления цепи (\(R\)) вызванного камнем:

\[R = \frac{\Delta V}{I}\]

Измеренное сопротивление увеличивается пропорционально длине (\(L\)) образца керна. Мы ожидаем этого, учитывая, что ток должен протекать через большую часть резистивного материала. Измеренное сопротивление также обратно пропорционально площади поперечного сечения (\(A\)) образца.Эту взаимосвязь можно понять, сравнив чистое сопротивление двух одинаковых резисторов, включенных параллельно, с одним резистором, включенным последовательно.

В конечном итоге удельное сопротивление образца может быть получено из измеренного сопротивления, длины жилы и площади ее поперечного сечения с использованием закона Пуйе:

\[\rho = \frac{RA}{L}\]

Электропроводность обычных горных пород

Ниже показана диаграмма, показывающая диапазон значений электропроводности/удельного сопротивления для обычных типов горных пород.Обратите внимание, что шкала является логарифмической, что указывает на огромную изменчивость проводимости/удельного сопротивления между породами. Из этой диаграммы мы можем сделать несколько выводов:

  • Массивные сульфиды и графитсодержащие породы, безусловно, обладают наибольшей проводимостью.

  • Карбонатные породы и рыхлые отложения обладают высоким сопротивлением

  • Выветренные магматические и метаморфические породы обладают большей проводимостью, чем невыветрелые магматические и метаморфические породы.

  • Осадочные породы, содержащие глину, обычно обладают большей проводимостью.

  • Соленая вода обладает большей проводимостью, чем пресная.

Факторы, влияющие на проводимость породы

Пористость, насыщение пор и поровый флюид

Большинство горных пород содержат поровые пространства, хотя бы частично насыщенные ионными флюидами. К таким жидкостям относятся: пресная вода, солоноватая вода, морская вода и рассол. Поскольку поровые флюиды имеют более высокую проводимость, чем большинство породообразующих минералов, электрический ток обычно предпочитает течь через поровое пространство, когда это возможно.В результате объемная проводимость породы существенно зависит от ее пористости, флюидонасыщенности и типа флюида, содержащегося в поровом пространстве.

В ненасыщенных горных породах поровое пространство занято только воздухом. Поскольку воздух обладает большим сопротивлением, он заставляет ток течь через минералы, составляющие горную породу. В результате ненасыщенные породы обладают плохой проводимостью. Когда достаточный процент порового пространства насыщен, поровая жидкость может предложить более эффективный путь для течения.Таким образом, объемная проводимость горных пород обычно увеличивается по мере увеличения флюидонасыщенности.

Ток протекает через поровую жидкость породы посредством ионной проводимости. В результате проводимость поровой жидкости зависит от концентрации растворенных ионов. Проводимость порового флюида увеличивается по мере увеличения концентрации растворенных ионов. Это означает, что породы, содержащие больше солоноватой поровой жидкости, обладают большей проводимостью, чем породы, содержащие пресную воду.

Извилистость

Извилистость определяет связность и сложность сети порового пространства породы.Для пород с малой извилистостью путь течения через поровое пространство простой; что приводит к эффективной проводимости электрических зарядов. Для скал с высокой извилистостью путь, по которому должно пройти течение, чтобы пройти через скалу, очень непрямой. В результате проводимость неэффективна, а порода имеет большее сопротивление.

Минерализация

Электрический ток внутри породы не будет течь через поры, если породообразующие минералы обладают большей проводимостью.Это часто происходит в рудоносных породах из-за присутствия оксидов металлов (магнетит, ильменит, зеркальный гематит), сульфидов металлов (пирит, пирротин, галенит) и самородных металлов (золото, серебро, медь). Единственным исключением является графит, который, несмотря на то, что полностью состоит из углерода, является очень проводящим. Как и ожидалось, проводимость увеличивается по мере увеличения концентрации проводящих минералов в породе.

Электропроводность | StudyPug

В этом уроке мы изучим:
  • Определение электропроводности.
  • Почему одни соединения являются проводниками электричества, а другие нет.
  • Как растворы влияют на электропроводность.
  • Как распознать проводники электричества по их химической формуле.

Примечания:
  • Электропроводность — это скорость потока электрического заряда. Это способность любого вещества пропускать электрический заряд по всей своей структуре.
    «Электрический заряд» — это просто движущиеся электроны — если электроны могут свободно течь через вещество, как это позволяет его структура, то вещество может проводить электричество .

  • Это важно для химиков, потому что свойства растворов могут сильно отличаться от свойств отдельных растворителей или растворенных веществ, из которых они состоят.

  • Ионные соединения способны проводить электричество в растворе, потому что когда ионные соединения растворяются , они распадаются на отдельные ионы (так называемая диссоциация). Эти заряженные частицы позволяют любому электрическому заряду (читай: электронам) свободно двигаться.Например, при растворении хлорида натрия (NaCl):

  • NaCl → Na + (водн.) + Cl (водн.)
    Помните, что при растворении в воде мы говорим, что химическое вещество находится в водной фазе . Если соединение нерастворимо в воде, его не следует называть водным.
  • Как и любое другое химическое свойство, различные соединения диссоциируют в растворе в большей или меньшей степени, чем другие — некоторые могут показывать диссоциацию только 1% молекул, другие — более 90%. Это повлияет на то, насколько хорошо проводится электричество, поскольку молекулы должны быть в диссоциированной ионной форме для переноса заряда.
    • Чтобы показать это, можно провести эксперименты, где цепей сделаны с использованием электродов в растворе с лампочками в цепи:
      • В электрическую цепь включают одну или несколько лампочек с различной потребляемой мощностью (в ваттах) и показывают разную яркость при использовании различных тестируемых растворов, которые имеют разную проводимость в зависимости от смеси растворенного вещества и растворителя.
      • Чем ярче светятся лампочки, тем лучше раствор проводит электричество.

  • Фаза важна для электропроводности – как водная, так и жидкая фаза позволяют свободно течь частицам, включая электрический заряд. Жидкое и водное состояния позволяют молекулам диссоциировать на ионы, и эти ионы имеют энергию для свободного движения!
    • Эксперименты с растворами, подобные приведенным выше, можно провести с различными фазами, чтобы выяснить это:
      • Кристаллы и твердые ионные соединения не проводят электричество и лампочки не светятся.
      • После растворения или нагревания до расплавленного состояния лампочки начинают светиться.

  • Другим фактором, влияющим на проводимость, является концентрация. Чем более концентрирован раствор, тем выше измеренная электропроводность (если растворенное вещество является проводником в растворе). Это связано с тем, что чем выше концентрация растворенного вещества, тем больше ионов будет доступно для переноса электрического заряда.

  • Вообще говоря, можно следовать следующим правилам, чтобы определить, будет ли вещество проводить электричество:
  • Вещество (состояние)

    Проводит электричество?

    Металл (твердый)

    Да

    Металл (расплавленный)

    Да

    Кислота или основание/щелочь (твердая)

    Кислота или основание/щелочь (раствор)

    Да

    Ионное соединение (твердое)

    Ионное соединение (расплавленное)

    Да

    Ионное соединение (раствор)

    Да

    Органические кислоты (раствор)

    Да

    Ничего из вышеперечисленного


  • Использование приведенной выше таблицы и знания об ионах помогают нам понять, какие химические вещества и вещества являются проводниками электричества – ищите:
    • Металлы (их структуры сами содержат делокализованные электроны)
    • Минеральные кислоты и основания (неорганические соединения, содержащие группы Н или ОН)
    • Прочие соединения , которые при растворении диссоциируют на ионы (органические кислоты и их соли металлов)
    Общим для всех них является то, что во всех них присутствует или генерируется заряженных частиц.
  • Если нам нужны растворы, в которых растворимы заряженные ионообразующие соединения, как это может повлиять на растворители, которые можно использовать для приготовления проводящих растворов? Электропроводящие растворы изготавливаются из полярных растворителей – неполярный растворитель не растворяет полярные, образующие ионы растворенные вещества!

Что такое электропроводность? — Определение из Corrosionpedia

Что означает электропроводность?

Электропроводность – это обратный процесс удельного электрического сопротивления.Он измеряет способность определенного материала проводить электрический ток. Его можно представить буквами сигма (с) или каппа (к). В стандартных международных единицах он представлен сименсами на метр (См/м).

Более высокие уровни проводимости делают среду более агрессивной. Таким образом, точное измерение электропроводности необходимо для уменьшения коррозии.

Электропроводность также известна как удельная проводимость.

Corrosionpedia объясняет электропроводность

Электропроводность часто связана с коррозионной активностью различных сред, например почвы.Одним из примеров является коррозия углеродистой стали в почве. Прежде всего, типы или реакция почвенной коррозии зависят от состава почвы, а также от других факторов окружающей среды. Эти факторы могут включать наличие кислорода и влаги. Изменчивость этих факторов объясняет разницу в коррозионном воздействии.

В железном сосуде, закопанном в землю, через несколько месяцев железо может продырявиться. Как правило, наиболее агрессивными являются грунты с высокой электропроводностью, влажностью и кислотностью.Поэтому не принято закапывать открытую сталь, особенно если она будет использоваться для электрических применений. Следовательно, коррозия стали в почве не является серьезной проблемой в большинстве отраслей промышленности.

Однако электропроводность может присутствовать во многих отраслях промышленности. Например, в водопроводной системе оцинкованные водопроводные трубы могут соприкасаться с латунью или медью, вызывая электролитическую реакцию, которая может ускорить электропроводность воды. В конечном итоге это приводит к износу труб, что также влияет на коррозионную активность воды.

Таким образом, электрическая проводимость должна быть точно измерена, чтобы избежать вредного воздействия коррозии на промышленность и окружающую среду.

Что такое электропроводность и почему это важно?

Определение электропроводности

Электропроводность в воде определяется способностью жидкости пропускать электрический ток. Например, если бы вы сравнили питьевую воду с морской водой, вы бы обнаружили, что уровень проводимости морской воды намного выше.Факторами, способствующими этому, могут быть материалы или отложения в воде, такие как соль. Однако это также могут быть загрязняющие вещества, которые могут оказать вредное воздействие на животных и здоровье человека.

Электропроводность измеряется в единицах измерения Сименс (См). поскольку геометрия ячейки влияет на значения проводимости, эти значения обычно представляются как См/см. Значение электропроводности часто предоставляется в двух основных форматах: фактическая и удельная электропроводность. Фактическая проводимость обеспечит чтение проводимости при температуре измеряемого образца.Например, если вы измеряете пробу воды, температура которой составляет 10 градусов по Цельсию, показания электропроводности будут даваться при этой температуре. Однако, если бы вы смотрели на конкретное показание электропроводности, это было бы исправлено, чтобы обеспечить показание, основанное на образце при 25°C или 20°C. В большинстве случаев при обсуждении проводимости говорят об удельной проводимости. Причина этого в том, что это позволяет сравнивать проводимость между разными местами и в разное время, когда, скорее всего, будут присутствовать перепады температур.

Почему важна электропроводность?

Электрическая проводимость является особенно полезным параметром для измерения при мониторинге окружающей среды или процесса. Измерение этого параметра может выявить очень много различных изменений. Например, проводимость в подземных водах может использоваться для выявления интрузии соленой воды, а в пресноводной среде — для определения случаев загрязнения. Как правило, этот параметр лучше всего работает, когда он используется для определения присутствия чего-то, вызывающего изменение качества воды, однако он не всегда может определить точную причину изменения.При использовании вместе с другими параметрами причины изменения могут быть определены более подробно. Благодаря этому измерение электропроводности отлично подходит для начальных исследований или при принятии решения о том, на чем лучше сосредоточить свои действия по мониторингу. Более подробную информацию об измерении электропроводности воды можно найти здесь.

Какие параметры можно рассчитать по проводимости?

Из измерения электропроводности обычно получают два параметра: TDS и соленость. TDS или общее количество растворенных твердых веществ — это измерение концентрации твердых веществ, растворенных в воде, это могут быть неорганические соли или органические вещества.Соленость, для сравнения, представляет собой измерение уровней концентрации растворенных солей в воде, это особенно важно при мониторинге воды, чтобы обеспечить определенный уровень солености для водных организмов в таких отраслях, как аквакультура.

Чтобы узнать больше об электропроводности, нажмите здесь.

По любым другим вопросам или запросам, свяжитесь с нами сегодня.

Основы электропроводности | мхо сименс

Электрическая проводимость и ее формулы часто используются в электротехнике и электронной технике с единицами Сименса или мОм.


Учебное пособие по сопротивлению Включает:
Что такое сопротивление Закон Ома Омические и неомические проводники Сопротивление лампы накаливания Удельное сопротивление Таблица удельных сопротивлений для обычных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов


В отличие от сопротивления, которое измеряет сопротивление потоку электрического тока, электропроводность или электрическая проводимость является мерой того, как электрический ток движется внутри вещества.

Чем выше электропроводность материала, тем больше плотность тока для данной приложенной разности потенциалов.

Таким образом, можно увидеть, что электрическая проводимость или электрическая проводимость вещества является мерой его способности проводить электричество.

Электрическая проводимость или электрическая проводимость материала важны, потому что некоторые вещества должны проводить электричество как можно лучше. Проводники должны обеспечивать как можно более легкое протекание тока.Другие материалы могут потребоваться для ограничения протекания тока, как в случае с резистором, и другие материалы могут потребоваться для того, чтобы не проводить электричество, как в случае изоляторов.

Основы электропроводности

Электропроводность – это отношение плотности тока к напряженности электрического поля. Чем выше значение проводимости, тем меньшее сопротивление она оказывает протеканию электрического тока.

Значение электропроводности зависит от способности электронов или других носителей заряда, таких как дырки, двигаться внутри решетки материала.

Материалы с высокой проводимостью, такие как медь, обеспечивают свободное движение электронов внутри своей молекулярной решетки. В решетке есть свободные электроны.

Материалы с низким уровнем проводимости или проводимости имеют очень мало свободных электронов в своей структуре. Электроны прочно удерживаются в молекулярной структуре, и для их освобождения требуется значительный уровень энергии.

Единицы электропроводности: Siemens и MHO

Единицами электропроводности являются сименс на метр, С⋅м -1 .

Сименс также раньше назывался мхо — это величина, обратная ому, и это выводится путем написания ом в обратном порядке.

Проводимость обратно пропорциональна сопротивлению, а один сименс равен обратному значению одного ома.

Название сименс для единицы проводимости было принято 14-й Генеральной конференцией по мерам и весам в качестве производной единицы СИ в 1971 году. Она была названа в честь Эрнста Вернера фон Сименса.

Как и в любом названии Международной системы единиц СИ, которое происходит от имени собственного человека, первая буква его условного обозначения заглавная, т.е.е. в этом случае буква «S» обозначает значение в сименсах, 10S. Когда полное название единицы СИ указывается на английском языке, оно всегда должно начинаться со строчной буквы, т. е. в данном случае сименс. Исключение составляют случаи, когда любое слово пишется с заглавной буквы, например, в начале предложения и т. д.

Наиболее часто используемый символ — это строчная версия греческой буквы сигма, σ, хотя иногда также используются каппа, &каппа, гамма, &гамма.

Хотя единицы СИ для проводимости используются наиболее широко, значения проводимости часто указываются в виде их процентного значения по IACS.IACS, Международный стандарт отожженной меди, был установлен Международной электрохимической комиссией в 1913 году.

Проводимость отожженной меди (5,8001 x 107 См/м) определена как 100% IACS при 20°C.

Все остальные значения проводимости связаны с этим значением проводимости. Это означает, что железо со значением проводимости 1,04 x 107 См/м имеет проводимость примерно 18% от проводимости отожженной меди, и это дается как 18% IACS.

Поскольку методы обработки металлов улучшились после введения стандарта, некоторые современные медные изделия теперь часто имеют значения проводимости IACS, превышающие 100% IACS, поскольку теперь из металла можно удалить больше примесей.

Формулы электропроводности

Удельное сопротивление и проводимость взаимосвязаны. Проводимость обратна удельному сопротивлению. Соответственно, легко выразить одно через другое.

Где:
    σ — проводимость материала в сименсах на метр, См⋅м -1
    ρ — удельное сопротивление материала в Ом·метрах, Ом⋅м

Затем его можно подставить в формулу удельного сопротивления, чтобы получить следующее соотношение.

Где:
    σ — проводимость материала в сименсах на метр, См⋅м -1
    E — величина электрического поля в вольтах на метр, В⋅м -1
    Дж — величина плотность тока в амперах на квадратный метр, А⋅м -2

Часто необходимо связать проводимость с определенной длиной материала с постоянной площадью поперечного сечения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.