gymlit.in.ua



Напівпровідники в сучасній фізиці і техніці

Сортувати: за оцінками | за датою
25.06.18
[1]
переходи:1
Напівпровідники в сучасній фізиці і техніці
реферат
по фізиці
на тему:
«Напівпровідники в фізиці і техніці»

Ще зовсім недавно електротехніка застосовувала, а фізика вивчала лише граничні за своїми електричними властивостями матеріали: добре проводять метали або непровідні ток ізолятори.
На початку XX ст. вдалося встановити, що в металі ток переноситься електронами, а нікчемний струм, що спостерігається в ізоляторах, має електролітичний характер. Однак після перших успіхів електронної теорії металів і іонної теорії діелектриків дослідження наштовхнулося на ряд труднощів, які вдалося вирішити тільки за допомогою нової квантової механіки протягом останнього десятиліття.
Найголовнішим труднощами в теорії металів були їх теплові властивості. З одного боку, електрони вільно переміщаються в металі, переносячи електричний струм, вирівнюючи температуру, створюючи термоелектродвіжущей сили. Це означає, що в тепловому русі електрони беруть участь як самостійні частинки, що рухаються серед атомів металу. Нагріваючи метал, потрібно повідомити енергію не тільки його атомам, по і вільним електронам. Число їх, судячи з оптичними властивостями металів, дорівнює кількості атомів. Електрони повинні отримати стільки ж теплової енергії, скільки отримав би газ, що складається з такого ж числа молекул.
На нагрівання одного грам-атома твердого тіла на 1 ° С потрібно близько 6 кал; па нагрівання грам-атома газу - 3 кал. Природно було б очікувати, що на нагрівання грам-атома металу на 1 ° С потрібно 9 кал на відміну від непроводящих тел, теплоємність грам-атома яких становить 6 кал. Насправді, однак, теплоємність металів істотно не відрізняється від теплоємності діелектриків.
Вихід з цих суперечностей, як і з ряду інших труднощів, був знайдений завдяки квантовій механіці. Як в окремому атомі електрони можуть займати тільки строго певні квантові стану (чим і пояснюється, наприклад, поява в спектрі газів різких спектральних ліній), так і в цілому кристалі існують строго обмежені квантові стану, в яких можуть знаходитися електрони. Як в атомі, так і в кристалі не може бути двох електронів в одному і тому ж квантовому стані. Природно, що перш за все електронами заповнюються стану з найменшою енергією. Підрахунок показує, що при звичайних температурах, коли середня енергія теплового руху атомів становить близько 0.03 еВ (1 еВ - це енергія, яку набуває електрон, пройшовши в електричному полі різницю потенціалів в 1 В), електрони займають все квантові стану з енергіями від нуля до 5-10 В. Тому енергія теплового руху 0.03 еВ мало впливає на середню енергію електронів, хоча останні і знаходяться в тепловій рівновазі з атомами металу.
Квантова теорія встановила також, чим обумовлена ​​різниця між провідниками і ізоляторами. У металах число можливих квантових станів значно більше, ніж число електронів. Тому, коли в металі створюється електричне поле, електрони мають можливість змінювати напрямок свого руху, переходячи в ті квантові стану, в яких їх швидкість направлена ​​в сторону чинної на них електричної сили. Електрони можуть також отримувати від електричного поля роботу, переходячи в стан з більш високою енергією і віддаючи потім надлишкову енергію металу, - так відбувається нагрівання металу при проходженні струму.
Діелектрики відрізняються від металів такою ж кількістю електронів - їх стільки ж, якщо не більше. Вони не проводять струм тільки тому, що число квантових рівнів в них дорівнює числу електронів і вільних рівнів немає. У діелектрику в електричному полі електрон не може змінити напрямок свого теплового руху, не може збільшити свою швидкість, так як при цьому він повинен був би перейти в нове квантовий стан, яке вже зайняте іншим електроном. Тому поле не може змінити тепловий рух електронів і, отже, не може створити електронний струм. Така фізична картина ідеального ізолятора.
Ті стану, які ми розглядали, були нормальні стану електронів. В окремому атомі ми знаємо і інші, так звані порушені стану.
uk | coolreferat.com/Полупроводники_в...физике_и_технике




Для поршневих двигунів внутрішнього згоряння важливою характеристикою, що визначає повноту згоряння палива та значно вліяющейна величину ККД, є ступінь стиснення горючої суміші:
де V2 і V1 - обсяги на початку і в кінці стиснення. Зі збільшенням ступеня стиснення зростає початкова температура горючої суміші наприкінці такту стиснення, що сприяє більш повному її згорянню. У карбюраторних двигунах збільшення ступеня стиснення вище 8-9 перешкоджає самозаймання (детонація)
Уявлення А. Ейнштейна про кванти світла, що послужили в 1913 р відправним пунктом теорії Н. Бора, через 10 років знову надали плідне вплив на розвиток атомної фізики. Вони привели до ідеї про «хвилях матерії» і тим самим заклали основу нової стадії розвитку квінтового теорії.
У 1924 р відбулася одна з найбільших подій в історії фізики: французький фізик Л. де Бройль висунув ідею про хвильових властивості матерії.