4. Тліючий розряд

За низького тиску (близько декількох паскалей) виникає роз­ряд, що називається тліючим.

При зменшенні тиску газу відстань, яку пролітає електрон між послідовними зіткненнями, збільшується. Завдяки цьому навіть невелике поле встигає розігнати електрони між зіткненнями, так що електрони одержують енергію, достатню для йонізації атомів і молекул газу.

Тліючий заряд використовують у люмінесцентних лампах і га-зонаповнених рекламних трубках.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

? Чому розрідження газу поліпшує його провідність? Чи за будь-яких умов це справедливо?

? Чому при менших густинах повітря електричний розряд від­бувається при більш низьких напругах?

? Як потрібно змінити тиск газу, щоб тліючий розряд починав­ся за меншої напруги?

? Наведіть приклади використання різних видів самостійного розряду.

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Якісні питання

1. Якої шкоди завдають іскри й електрична дуга ножам рубиль­ників, контактам вимикачів, струмозйомникам трамваїв, тро­лейбусів та електропоїздів?

2. 
   Чому в альпіністів існує таке правило: під час ночівлі високо в го­рах усі металеві предмети потрібно класти подалі від табору?
   
3. 
   Як зміниться дуговий розряд, якщо сильно остудити анод? Катод?
   
4. 
   Про які фізичні явища йдеться в загадці: «Блисне, мигне, ко­гось покличе»?
   

2. Навчаємося розв'язувати задачі

1. 
   Чому збільшення діаметра проводу у високовольтних лініях передач електроенергії призводить до зменшення втрат на ко­ронний розряд?
   
2. 
   Що відбудеться з палаючою електричною дугою, якщо сильно остудити негативний електрод? Позитивний?
   
3. 
   Який фізичний зміст прислів'їв?
   

а) У грозу парасолька не захист.

б) Блискавка вдаряє у високе дерево.

в) Від грози у воді не сховаєшся.

г) Гроза застала в полі — сідай на землю.

4. 
   Напруга 40-50 В підтримує дуговий розряд у газовому проміж­ку. Іскровий розряд у тому самому проміжку вимагає напруги в кілька тисяч вольт. Поясніть цей факт.
   

Що ми дізналися на уроці

• 
  Види самостійного розряду: іскровий, коронний, дуговий, тлі­ючий.
  
• 
  На застосуванні іскрового розряду засновані методи електро­іскрової обробки металів. Потужні, потужнострумові розряди у водні служили першими кроками на шляху до керованого термоядерного синтезу.
  
• 
  Коронний розряд використовують в електрофільтрах для очи­щення повітря.
  
• 
  Дуговий розряд використовують для електрозварювання, освіт­лення, плавлення металів.
  
• 
  Тліючий розряд використовують для освітлення й реклами.
  

---

Домашнє завдання

1. 
   Підр.: § 22.
   
2. 
   Зб.: № 11.13; 11.14; 11.30; 11.31.
   

Урок 30/36

Тема. Електричний струм у напівпровідниках

Мета уроку: сформувати уявлення про вільних носіїв електричного заряду в напівпровідниках і про природу електричного струму в напівпровідниках.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План уроку

Контроль знань	5 хв	1. Іскровий розряд і його застосування. 2. Дуговий розряд і його застосування. 3. Коронний розряд і його застосування. 4. Тліючий розряд і його застосування.
Демонстрації	5 хв	Фрагменти відеофільму «Струм у напівпровід­никах»
Вивчення нового матеріалу	30 хв	1. Що таке напівпровідники? 2. Носії зарядів у напівпровідниках. 3. Домішкова провідність напівпровідників. 4. Використання напівпровідників
Закріплення вивченого матеріалу	5 хв	1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв'язувати задачі

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Що таке напівпровідники?

Для того, щоб пояснити учням походження назви «напівпровідни­ки» розглянемо спочатку таблицю питомих опорів (Ом · м за 20 °С):

Метал	Питомий опір	Напівпро­відник	Питомий опір	Діелектрик	Питомий опір
Срібло	1,6 · 10-8	Телур	2,5 · 10-3	Скло	2 · 1011
Мідь	1,7 · 10-8	Германій	5,0 · 10-2	Порцеляна	3 · 1012
Сталь	1,2 · 10-7	Селен	102-104	Ебоніт	2 · 1013
Ніхром	1,1 · 10-6	Закис міді	1 · 107	Сірка	3 · 1015

---

Як видно з таблиці, питомі опори напівпровідників за кімнат­ної температури мають значення, що перебувають у широкому ін­тервалі, тобто від 10^-3 до 10⁷ Ом · м, і є проміжною ланкою між мета­лами й діелектриками.

^ Напівпровідники — речовини, питомий опір яких стрімко

зменшується з підвищенням температури.

До напівпровідників належать багато хімічних елементів (бор, кремній, германій, фосфор, миш'як, селен, телур та ін.), величезна кількість мінералів, сплавів і хімічних сполук. Май­же всі неорганічні речовини навколишнього світу — напівпро­відники.

2. Носії зарядів у напівпровідниках

За досить низьких температур і відсутності зовнішніх впливів (наприклад, освітлення чи нагрівання) напівпровідники не прово­дять електричний струм: за цих умов всі електрони в напівпровід­никах є зв'язаними.

Однак зв'язок електронів зі своїми атомами в напівпровідни­ках не такий міцний, як у діелектриках. І при підвищенні темпера­тури, а так само при яскравому висвітленні деякі електрони відри­ваються від своїх атомів і стають вільними зарядами, тобто можуть переміщатися через увесь зразок.

Завдяки цьому в напівпровідниках з'являються негативні носії заряду — вільні електрони.

^ Провідність напівпровідника, обумовлену рухом електронів, називають електронною.

Коли електрон відривається від атома, позитивний заряд цьо­го атома стає нескомпенсованим, тобто в цьому місці з'являється зайвий позитивний заряд. Цей позитивний заряд називають «дір­кою». Атом, поблизу якого утворилася дірка, може відібрати зв'я­заний електрон у сусіднього атома — при цьому дірка перемістить­ся до сусіднього атома, а той атом, у свою чергу, може «передати»

дірку далі.

Таке «естафетне» переміщення зв'язаних електронів можна розглядати як переміщення дірок, тобто позитивних зарядів. ^ Провідність напівпровідника, обумовлену рухом дірок, назива­ють дірковою.

Таким чином, відмінність діркової провідності від електронної полягає в тому, що електронна провідність обумовлена переміщен­ням у напівпровідниках вільних електронів, а діркова — перемі­щенням зв'язаних електронів.

У чистому напівпровіднику (без домішок) електричний струм створює однакову кількість вільних електронів і дірок. Таку про­відність називають власною провідністю напівпровідників.

3. Домішкова провідність напівпровідників

---

Якщо додати в чистий розплавлений кремній невелику кіль­кість миш'яку (приблизно ¹⁰ %), після затвердіння утворюються звичайні кристалічні решітки кремнію, але в деяких вузлах реші­ток замість атомів кремнію будуть знаходитися атоми миш'яку.

Миш'як, як відомо, п'ятивалентний елемент. Чотири валент­них електрони утворюють парні електронні зв'язки із сусідні­ми атомами кремнію. П'ятому ж, валентному, електрону зв'язку не вистачить, при цьому він буде так слабко зв'язаний з атомом миш'яку, що легко стає вільним. У результаті кожен атом домішки дасть один вільний електрон.


^ Домішки, атоми яких легко віддають електрони, називають­ся донорними.

Електрони з атомів кремнію можуть ставати вільними, утвори­ти дірку, тому в кристалі можуть одночасно існувати й вільні елек­трони й дірки. Однак вільних електронів буде значно більше, ніж дірок.

^ Напівпровідники, у яких основними носіями зарядів є електро­ни, називають напівпровідниками п-типу.

Якщо в кремній додати невелику кількість тривалентного ін­дію, то характер провідності напівпровідника зміниться. Оскільки індій має три валентних електрони, то він може встановити кова­лентний зв'язок тільки з трьома сусідніми атомами. Для встанов­

лення зв'язку з четвертим атомом електрона не вистачить. Індій «позичить» електрон у сусідніх атомів, у результаті кожен атом індію утворить одне вакантне місце — дірку.


^ Домішки, що «захоплюють» електрони атомів кристалічних решіток напівпровідників, називаються акцепторними. У випадку акцепторної домішки основними носіями заряду

при проходженні електричного струму через напівпровідник є

дірки.

^ Напівпровідники, у яких основними носіями зарядів є дірки, називають напівпровідниками р-типу.

Практично всі напівпровідники містять і донорні й акцепторні домішки. Тип провідності напівпровідника визначається доміш­кою з більш високою концентрацією носіїв заряду — електронів і дірок.

4. Використання напівпровідників

Широке використання напівпровідників обумовлене кількома причинами.

По-перше, опір напівпровідників залежить від температури — зі збільшенням температури опір напівпровідників різко зменшу­ється, тому сила струму в колі при цьому збільшується. Залежність опору напівпровідників від температури використовують у термо-резисторах (чи термісторах).

---

Термістори використовуються для вимірювання температури, для підтримки постійної температури в автоматичних пристроях.

По-друге, опір напівпровідників зменшується у випадку збіль­шення освітленості. Напівпровідникові прилади, у яких викорис­товується властивість змінювати свій опір залежно від освітленості, називають фоторезисторами. Фоторезистори використовуються для вимірювання освітленості, для контролю якості поверхні тощо.

По-третє, у місці контакту двох напівпровідників p- і п-типу спостерігається ряд цікавих явищ. Наприклад, електричний струм через такий контакт добре проходить в одному напрямку і прак­тично не проходить у зворотному. Це явище називаєтя однобічна провідність. Властивості p-n-переходу використовують для виго­товлення напівпровідникових діодів і транзисторів, без яких не об­ходиться жодний сучасний пристрій; фотоелементів, у яких енер­гія падаючого світла перетворюється в електричну енергію.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

? Чому опір напівпровідникових матеріалів залежить від тем­ператури?

? Як змінюється питомий електричний опір напівпровідників:

а) при нагріванні; б) при освітленні? ? Чому опір напівпровідників суттєво залежить від наявності

домішок?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Якісні питання

1. 
   Як можна змінювати тип носіїв у напівпровіднику?
   
2. 
   Чому вимоги до чистоти напівпровідникових матеріалів дуже високі (у ряді випадків не допускається наявність навіть одного атома домішки на мільйон атомів)?
   
3. 
   Після введення в германій домішки миш'яку концентрація електронів провідності збільшилася. Як змінилася при цьому концентрація дірок?
   

2. Навчаємося розв'язувати задачі

1. 
   Яку провідність (електронну чи діркову) має кремній з доміш­кою галію? Індію? Фосфору? Сурми?
   
2. 
   Яка провідність (електронна чи діркова) буде в кремнію, якщо до нього додати фосфор? Бор? Алюміній? Миш'як?
   

3. Як зміниться опір зразка кремнію з домішкою фосфору, якщо ввести в нього домішку галію? Концентрація атомів фосфору і галію однакова. (Відповідь: збільшиться)

Що ми дізналися на уроці

• 
  Напівпровідники — речовини, питомий опір яких дуже швид­ко зменшується з підвищенням температури.
  
• 
  Провідність напівпровідника, обумовлену рухом електронів, називають електронною.
  
• 
  Провідність напівпровідників, обумовлену рухом дірок, нази­вають дірковою провідністю.
  
• 
  Домішки, атоми яких легко віддають електрони, називаються донорними.
  
• 
  Напівпровідники, у яких основними носіями зарядів є електро­ни, називають напівпровідниками п-типу.
  
• 
  Домішки, що «захоплюють» електрони атомів кристалічних решіток напівпровідників, називаються акцепторними.
  
• 
  Напівпровідники, у яких основними носіями зарядів є дірки, називають напівпровідниками р-типу.
  

---

Смотрите также файлы

• Содержание Этапы развития цифрового телевидения.doc

• 1 раздел правоохранительные органы и правоохранительная деятельность.docx

• Кустов Никита рсо3.docx

• Тема 25. Пародонтальная хирургия. Операции на костной ткани челюстей альвеолотомия и альвеолоэктомия.docx

• Состояние ЗавершеныЗавершен пятница, 28 Апрель 2023, 00 56Прошло.pdf