Файл: Bil-elektr.doc

Электродвижущей силой источника (ЭДС) называется физическая величина, равная отношению работы A_ст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда

Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Закон Ома для полной цепи

Полная цепь постоянного тока

- источник тока

R - внешний участок цепи, или нагрузка

r- сопротивление источника тока, или внутреннее сопротивление.

Закон Ома: Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

31. Сопротивление. Зависимость сопротивления резистора от температуры. Понятие о сверхпроводимости. Реостат.

Сопротивление проводника зависитотматериала проводника и его геометрических размеров. Сопротивление проводника не зависит от напряжения и силы тока в цепи.

Для однородного цилиндрического проводника длиной L и площадью поперечного сечения S сопротивление равно

где -удельное сопротивление проводника, Ом*м или Ом*м/мм²

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Опыт показывает, чтосопротивление металлов при нагревании увеличивается по линейному закону. При этом величина

или

является постоянной. Здесь

-температурный коэффициент сопротивления, зависящий от материала.

R₀–сопротивление при температуре Т₀,

R–при температуре Т= Т₀+Т

Т – разница температур.

После простых преобразований можно получить

(1+t)

где ρ₀-удельное сопротивление, измеренное при 0 ⁰С,

t–температура, измеренная по шкале Цельсия.

У некоторых сплавов, например у сплава меди с никелем (константан), температурный коэффициент сопротивления очень мал - 10^-5. Это удобно для изготовления эталонных сопротивлений.

32. Последовательное и параллельное соединение проводников.

Соединения проводников

Последовательное соединение проводников

При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова. Участок цепи не имеет разветвлений.

Сила тока постоянна I= I1=I2=…

Напряжение U = U1+U2+…

Сопротивление R = R1+R2+…..

Параллельное соединение проводников

При параллельном соединении напряжения U₁ и U₂ на обоих проводниках одинаковы:

Сила тока I = I1+I2+…

Напряжение U = U1=U2=…

Сопротивление 1/R=…..

33. Работа и мощность тока. Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.

Работа и мощность электрического тока

При перемещении заряда Δqна участке электрической цепи с напряжениемUэлектрический ток совершает работу, которую можно рассчитать по формуле:

А = ΔqU = UIt

С учетом закона Ома для участка цепи работу можно рассчитать также по одной из формул

А = I²Rt = U²t/R.

Эта работа равна изменению энергии рассматриваемого участка цепи.

Если на участке цепи не совершается механическая работа и ток не производит химического действия, работа тока полностью превращается в тепло.

Количество теплоты, выделяющееся в проводнике, равно работе электрического тока.

Закон Джоуля-Ленца

Количество теплоты, выделенное в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и на время прохождения тока:

Q = I²Rt

Мощность электрического тока - работа электрического тока, совершенная за единицу времени:

P = UI = I²R = U²/R

34. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная

электропроводимости. Зависимость электропроводимости от температуры

Полупроводники

К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окружающего нас мира – полупроводники.Самым распространенным в природе полупроводником являетсякремний, составляющий около 30 % земной коры.

Главное отличие полупроводников от металловпроявляется в зависимости удельного сопротивления от температуры. С понижением

температуры сопротивление металлов падает, а у полупроводников – возрастает, и вблизи абсолютного нуля они практически становятся изоляторами.

Рассмотрим качественно механизм возникновения электрического тока в полупроводнике на примере кремния (Si).

Атомы кремния имеют четыре валентных электрона на внешней оболочке. В кристаллической решетке каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями. Связь между атомами в кристалле кремния являетсяковалентной. Парноэлектронные связи сильны и при низких температурах не разрываются, поэтому при низких температурах кремний не проводит электрический ток, то есть ведет себя как диэлектрик.

При повышении температуры некоторая часть ковалентных связей разрывается. В кристалле возникают свободные электроны (электроны проводимости). Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты

электронами. Эти вакансии получили название «дырок».Дырки ведут себя как свободные частицы с массой, равной массе электрона, и зарядом +e.

У чистых (т. е. без примесей) полупроводников в создание электрического тока вносит вклад в равной мере электроны проводимости и дырки.Такая проводимость называетсясобственной электрической проводимостью полупроводников.

С увеличением температуры концентрация свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому удельное сопротивлениеуменьшается.При высоких температурахполупроводники по свойствам близки к металлам.

Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью. Различают два типа примесной проводимости– электронную и дырочную проводимости.

Электронная проводимостьвозникает,когда в кристалл кремния с четырехвалентными атомами введены пятивалентные атомы (например, атомы мышьяка, As). В таком кристалле есть электроны и дырки, ответственные за собственную проводимость кристалла. Но основным типом носителей свободного заряда являются электроны, оторвавшиеся от атомов мышьяка. Такая проводимость называется электронной, а полупроводник, обладающий электронной проводимостью, называется полупроводником n-типа. Примесь атомов, способных отдавать электроны, называется донорной примесью.

Дырочная проводимостьвозникает,когда в кристалл кремния введены трехвалентные атомы (например, атомы индия, In). Примесь атомов, способных захватывать электроны, называется акцепторной примесью. В результате введения акцепторнойпримеси в кристалле разрывается множество ковалентных связей и образуются вакантные места (дырки).

Основными носителями свободного заряда являютсядырки. Проводимость такого типа называется дырочной проводимостью. Примесный полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником p-типа.