Ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость.
Полупроводник -- вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры., а это значит, что электрическая проводимость (1/R ) увеличивается.- наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений.
Механизм проводимости у полупроводников:Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями.
При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и он ведет себя как диэлектрик.
Полупроводники чистые (без примесей).Если полупроводник чистый(без примесей), то он обладает собственной проводимостью, которая невелика.
Полупроводники при наличии примесей.У таких полупроводников существует собственная + примесная проводимость.Наличие примесей проводимость сильно увеличивает.
49. Переменный ток. Нагрузка цепи переменного тока.Переменный электрический ток-электр.ток изменяющийся и по величине, и по на правлению. Самый распространённый эл.ток-ток для которого можем записать след. уравнения:
U(t)=UnsinWt, I(t)=ImsinWt.
В промышленности переменный ток получают с помощью генератора: генератор состоит из статора-постоянный электромагнит; ротор-вращающийся. Цепи переменного тока возможны 3 вида нагрузок а) активная нагрузка R=1/wc, где w-састота, а c-электроёмкость, б) ёмкостная нагрузка xc, в) индуктивная xc=wl, где l- индуктивность проводника.
50. Самоиндукция. Трансформатор. E1=дельтаФ/дельта t× n1, Е2=-дельтаФ/дельта t×n2
Е2/Е1=n1/n2=K
n-число витков, К-коэфициент трансформации, если К>1 трансформатор повышающий, если К<1, трансформатор понижающий. Трансформатор -устройство предназначенное для преобразования переменного тока, его работа основано на явлении электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из:
1) Магнитопровод массивный замкнут.стержень выполненный из феромагнетика.
2) Двух катушек -насаженных на магнитопровод и имеющих разное число витков обмотки ЭДС=Есм.выше
Самоиндукция-частный случай электромагнитной индукции. Заключается в возникновении индукционного тока в проводнике, по которому протекает ток переменной силы. l-индуктивность проводника -характеризует способность контура сохранять силу протекающего в нем тока [L]=Гн=Ф/ I, где Ф-магнитный ток . Физический смысл индукции: заключается в невозможности как мгновенного создания магнитного поля вокруг проводника с током, так и мгновенного уничтожения этого поля при отключении тока в проводнике. Всегда требуется время дельта t.
51. Напряженность магнитного поля. Стла Ампера, свойство силовых линий магнитного поля.
Магнитное поле характер.след.: а)магнитная индукция, б)магнитная индукция и напряженность магнитного поля. 1)Н0(нулевое)=FA/M(мю)I(и)I(л) напряженность, FA-сила Ампера; эль(l) длина проводника, мю нулевое- магнитная постоянная в вакуме, I(i) сила тока. 2) магнитная индукция В=Fм/|q|v. Fм-сила действующего со стороны магнитного поля на движущ.в этом поле со скоростью (v)заряж.частиц(q). Сила Ампера FA= MnH(нулевое)×I(i)I(ЭЛЬ)sinальфа, где синус альфа-угол между векторами напряженности (n) и силой тока (I). Магнитное поле д-т на сам проводник с током, с определенной силой-сила Ампера. Силовая линия -графически стац.магнитное поле изображенное силовыми линиями: касателтные-котор.в каждой точке с Hнулевым. Стационарное магнитное поле не изменяющиеся со временем. Св-ва: 1)замкнуты и не пересекаются между собой. 2) расположено перпендикулярно вектору 1. 3) опред.по правилу Буравчика. 4) высота силовых линий магнитного поля пропорционально напряжению поля данной области простр.у проводника.
52. Магнитное поле в веществе. Диамагнетики, парамагнетики, ферамагнетики. Магнитн.поле в веществе характ-ся вектором магнитной индукции(обозначается в теслах Тл). Магнитная проницаемость М(мю)=В/В(нулевое)=H/F(нулевое), где мю-безразмерная величина, показывает во сколько раз напряж.магнитного поля в среде отличается от напряж.магнитного поля в вакуме. В=М(мю нулевое)умножить на Н. Вещества ослабляющие магнитное поле называются диамагнетиками мю>1, относ. Полупроводники S, P, Sn, металлы Cu, Ag, вода, все органические. Парамагнетики-вещества усиливающие магнитное поле. Мю>1-газы, металлы Al, Na, K. Ферамагнетики-вещества из класса парамагнетиков, к которым магнитнре поле усиливается очень сильно(кобальт, никель, железо, сплавы) мю(М)=10во 2степени-10в 5-ой сиепени. Магнитная проницаемость феромагнетиков зависит от напряженности внешнего магнитного поля.
53. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Сила Лоренца. В опытах Фарадея было открыто явление электромагнитн.ирдукции, оно заключается:в замкнут.проводн.контуре при изменении потока магнитной индукции охватываемом этим током аозник.электр.ток, который называется индукционным. Фарадей ввел понятие магнитного тока чррез площадку. Ф=BScosu, где Ф-магнитн.поток, u-угол между В и нормалью.Возникновение индукционного тока указываетна наличие в цепи электр.силы., которая называется ЭДС индукцией. Фарад.ЭДС-электромагнитн.индукция в контуре численно равна и противоположна по знаку скорость изменения магнитного потока через поверхность ограниченную этим контуром. Сила Лоренца-это сила на движущуюся заряженную частицу в электронном или магнитном поле.
54. Электромагнитные волны-в процессе распространения электромагнитных колебаний в пространстве может распространяться в вакуме и среде, хар-ся векторами F и Н. F-напряженность электрического поля, Н-Напряженность магнитного поля. Векторы Е и Н перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны, т.е. электромагнитные волны поперечны. Электромагнитная волна классифиц.по частоте радиоволны; световые волны, которые в свою очередь делится на: инфрокрасные, видимый свет, ультрофиолет, рентгеновские и гама излучение). Фазовая скорость электромагнитной волны в вакуме=скорости света. V=C/vEM, E напряженность электрического поля, С-скорость света магнитн поля, мю М- магнитная проницаемость, Е-диэлектрическая проницаемость характериз.насколько отличается напряжение эл.поля в среде от вакуумной. Электромагнитная волна переносит энергию магнитного поля Е(нулевое)-диэлептрическая постоянная, мю (М)- магнитная постоянная. Связь между векторами Е и Н. ЕЕ(нулевое)Е=корень квадратный ММ(нулевое). Плотность потока энергии электрической волны называют вектором ПойтингаS=[EH]. Интенсивность волны средняя по времени от модуля вектора пойнтинга I(и)=<ЕН>, где И I-интенсивность.
№55. Корпускулярно-волновая теория света. Принцип Гюйгенса — Френеля
Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики. Волновая теория, в отличие от корпускулярной, рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, становится центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. С помощью принципа Гюйгенса были объяснены законы отражения и преломления.
Принцип Гюйгенса — Френеля формулируется следующим образом:
Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн
№56. Геометрическая оптика. Законы преломления и отрожения света. Явление полного внутреннего отражения .
Геометри́ческая о́птика — раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах, отражения света от зеркально-отражающих поверхностей и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств.Основное понятие геометрической оптики это световой луч. При этом подразумевается, что направление потока лучистой энергии (ход светового луча) не зависит от поперечных размеров пучка света.
Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.
Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:
Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.В оптике это явление наблюдается для широкого спектра электромагнитного излучения, включая рентгеновский диапазон.
№57. Дисперсия и интерференция света.
Дисперсия света – зависимость скорости света в веществе от частоты. Дисперсия - это совсем просто: белый цвет состоит из всех остальных цветов, включает в себя их. И если пропустить луч белого цвета сквозь прозрачную призму, то она (призма) разложит этот луч на его составляющие, и получится этакая радуга. Это и есть самый простой и наглядный пример дисперсии. Интерференция - это перераспределение светового излучения в пространстве в результате наложения двух или более световых волн друг на друга.
№58. Дифракция.Дифракция - это некая совокупность явлений, наблюдающихся при распространении света в среде с резкими неоднородностями, проще - огибание препятствий световыми волнами.
№59. Поляризация света.Поляризация света – явление, при котором из светового пучка «убираются» все лишние электромагнитные волны. Остаются лишь те, которые лежат в определённой плоскости – плоскости поляризации. Обычно для поляризации света используют специальную поляризационную плёнку. Поляризацию используют не только в научных лабораториях, но и в повседневной жизни. Это и поляризационные фильтры для фотоаппаратов, и антибликовые линзы в солнцезащитных очках. Кроме этого, любой ЖК монитор и дисплеи мобильных теллефонов покрыты данной плёнкой. Оно помогает формировать изображение на экране. Если же к первой поляризационной пластинке добавить вторую, то мы можем получить интересное устройство, позволяющее изменять количество света, проходящего сквозь него. При повороте одной пластинки относительно другой, поляризованная электромагнитная волна будет ослабляться. Ослабление будет тем сильнее, чем больше угол между плоскостями поляризации пластинок. При угле в 900 световая волна практически полностью будет задержана пластинками. Благодаря этому можно добиться эффекта затемнения, который так же широко используется в нашей жизни в материалах с изменяемой прозрачностью.
№60. Поглощение света в веществе. Спектары поглощения.
Спектр поглощения — зависимость показателя поглощения вещества от длины волны (или частоты, волнового числа, энергии кванта и т. п.) излучения. Он связан с энергетическими переходами в веществе. Для различных веществ спектры поглощения различны[1]. Измерения спектров поглощения могут проводиться как с источником белого света, так и с источниками монохроматического излучения.Для почти свободных атомов и молекул в разрежённых газах, оптический спектр поглощения состоит из отдельных спектральных линий и называется линейчатым.Разным веществам соответствуют разные спектры поглощения, что позволяет использовать спектроскопические методы для определения состава вещества. Для твёрдых веществ спектры поглощения непрерывны, но встречаются и отдельные линии.
Поглощение света – это явление уменьшения интенсивности света при прохождении его через вещество. Уменьшение интенсивности света происходит в результате того, что энергия света переходит в другие виды энергии: энергию активизации, ионизации молекул, энергию теплового хаотического движения частиц в веществе и др.Для однородного твердого вещества поглощение света подчиняется закону Бугера: интенсивность света I при прохождении через вещество толщиной d уменьшается по экспоненциальному закону. Закон Бугера записывается I= I0 ⋅ e – kd
(I0 – интенсивность монохроматического пучка света, падающего на вещество; k – показатель поглощения, который зависит от природы вещества и длины волны падающего света.)При прохождении монохроматического света через окрашенные растворы небольшой концентрации (С ≤ 20%) и при условии, что растворитель не поглощает данную длину волны, интенсивность света также убывает по экспоненциальному закону. Закон поглощения света для окрашенных растворов называют законом Бугера-Ламберта-Бера: I= I0 ⋅ e − χ cd
С – концентрация раствора; χ – показатель поглощения для раствора единичной концентрации, зависит от природы растворенного вещества и длины волны падающего света.
61. Тепловое излучение абсолютно черного тела.Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах. Чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой. излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с абсолютно чёрным телом при данной температуре (например, излучение внутри полости в абсолютно чёрном теле), называется чернотельным (или тепловым равновесным) излучением. Равновесное тепловое излучение однородно, изотропно и неполяризовано, перенос энергии в нём отсутствует, все его характеристики зависят только от температуры абсолютно чёрного тела-излучателя (и, поскольку чернотельное излучение находится в тепловом равновесии с данным телом, эта температура может быть приписана излучению).