Урок 26 Лекция 26. проводники и диэлектрики в электрическом поле. Конденсаторы

Я часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят, что они могут учиться и учатся, им очень трудно дается наука.

  • Печать
  • Электронная почта

По электрическим свойствам все вещества делятся на два больших класса – вещества, проводящие электричество (проводники) и те, которые не проводят электричество (изоляторыизоляторы).

Мы знаем, что все вещества состоят из атомов, которые состоят из заряженных частиц. Если вокруг вещества нет внешнего поля, его частицы расположены таким образом, что общее электрическое поле внутри вещества равно нулю. Если вещество поместить во внешнее электрическое поле, то это поле будет взаимодействовать с заряженными частицами, и они перераспределятся так, что вещество будет иметь собственное электрическое поле. Полное электрическое поле это сумма внешнего поля и внутреннее поле созданные заряженными частицами материи.

Проводник – это тело или материал, в котором электрические заряды перемещаются под действием произвольно малой силы. Поэтому эти заряды называются бесплатно.

В металлах свободными зарядами являются электроны, в растворах и сплавах солей (кислот и оснований) – ионы.

Диэлектрик – это тело или материал, в котором заряды смещаются под действием сил, хотя и больших по сравнению с их равновесным положением, на очень небольшое расстояние, не превышающее размера атома. Эти заряды называются комбинированный.

Давайте рассмотрим эти классы веществ более подробно.

Проводники в электрическом поле.

Проводники это вещества, проводящие электричество.

Металлы являются типичными проводниками.

Главная особенность проводники – присутствие бесплатно обвинения (в металлах это электроны), которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему проводника.

В отсутствие внешнего поля отрицательный свободный заряд в любом элементе объема проводника компенсируется положительным зарядом ионной решетки. В проводнике, помещенном в электрическое поле, свободные заряды перераспределяются, в результате чего на поверхности проводника возникают нескомпенсированные положительные и отрицательные заряды. Этот процесс называется электростатическая индукцияа заряды, возникающие на поверхности проводника, называются индуктивные заряды.

Явление перераспределения заряда внутри проводника под действием внешнего электрического поля называется электростатическая индукция.

Заряды, возникающие на поверхности проводника, называются индуктивные заряды.

Индуктивные заряды создают собственное поле который компенсирует внешнее поле по всему объему проводника:

(внутри проводника).

Полное электростатическое поле внутри проводника равно нулю, а потенциалы во всех точках одинаковы и равны потенциалу на поверхности проводника.

Диэлектрики в электрическом поле.

Диэлектрики (изоляторы) это вещества, которые не проводят электричество.

В отличие от проводников, в диэлектриках (изоляторы) не содержат свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные молекулы в нейтральном атоме связаны вместе и не могут двигаться под действием электрического поля по всему диэлектрику.

Когда диэлектрик вводится во внешнее электрическое поле в диэлектрике происходит определенное перераспределение зарядов составляющих его атомов или молекул. Такое перераспределение приводит к появлению некомпенсированного избытка связанный заряды. Все заряженные частицы, образующие макроскопические связанные заряды, по-прежнему являются частью своих атомов.

Связанные заряды образуют электрическое поле который внутри диэлектрика ориентирован в направлении, противоположном вектору напряженности внешнего поля. . Этот процесс называется диэлектрическая поляризация.

Электрическая поляризация это особое состояние вещества, когда электрический момент определенного объема этого вещества не равен нулю.

В результате полное электрическое поле внутри диэлектрика по модулю меньше внешнего поля. .

физическая величина, равная отношению модуля напряженности внешнего электрического поля в вакууме модулю полной напряженности поля в однородном диэлектрике определяется как диэлектрическая проницаемость вещества.

Диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз напряженность поля в вакууме больше, чем в диэлектрике. Это безразмерная величина (у нее нет единицы измерения).

Во время поляризации неоднородного диэлектрика Связанные заряды могут возникать не только на поверхностях, но и в объеме диэлектрика. В этом случае электрическое поле связанных зарядов и суммарное поле может иметь сложную структуру в зависимости от геометрии диэлектрика. Теорема о том, что электрическое поле в диэлектрике в ε раз меньше по модулю, чем внешнее поле строго действителен только в случае однородный диэлектрик, которая заполняет все пространство, в котором генерируется внешнее поле. В частности:

Если точечный заряд находится в однородном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью ε qтогда напряженность поля , создаваемый этим зарядом в некоторой точке, а потенциал φ в ε раз меньше, чем в вакууме:

Существует несколько механизмов поляризации диэлектриков. Основными из них являются ориентация, электронный и ионный поляризация. Ориентационный и электронный механизмы проявляются в основном при поляризации газообразных и жидких диэлектриков, а ионный механизм – при поляризации твердых диэлектриков.

Если заряды приложены к двум изолированным проводникам q1 и q2между ними создается определенная разность потенциалов Δφ, которая зависит от величины зарядов и геометрии проводников.

Разность потенциалов Δφ между двумя точками в электрическом поле часто называют напряжение и обозначается буквой U.

Наибольшее практическое значение имеет случай, когда заряды проводников равны по модулю и противоположны по знаку: q1 = – q2 = q. В этом случае можно ввести понятие электрическая ёмкость.

Емкость (электрическая емкость) проводника это физическая величина, которая описывает способность проводника или системы проводников сохранять электрический заряд.

Электрическая емкость – это отношение заряда q одного проводника к разности потенциалов Δφ между ними.:


В системе СИ единицей измерения электрической мощности является фарад [Ф]:

Значение электрической емкости зависит от на форма и размеры проводники и свойства диэлектрика которая разделяет проводники.

Существуют конфигурации проводников, в которых электрическое поле сосредоточено (локализовано) только в определенной области пространства. Такие системы называются конденсаторами конденсаторыОни называются конденсаторами, а проводники, из которых состоит конденсатор, называются индукторы ..

Простейшим конденсатором является планарный конденсаторРасположение двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно на небольшом расстоянии друг от друга по отношению к размерам пластин и разделенных диэлектрическим слоем.

Электрическое поле планарного конденсатора в основном расположено между пластинами, однако вблизи краев пластин и в окружающем пространстве также существует относительно слабое электрическое поле, которое называется поле рассеяния.

Во многих задачах диссипативным полем можно приблизительно пренебречь и считать, что электрическое поле планарного конденсатора полностью сосредоточено между его обкладками.

Емкость планарного конденсатора прямо пропорциональна площади пластин (крышек) и обратно пропорциональна расстоянию между ними .

Если пространство между клеммами заполнено с диэлектрикомемкость конденсатора увеличивается в ε раз:

Примерами конденсаторов с различной конфигурацией электродов являются сферический конденсатор и цилиндрический конденсатор.

Сферический конденсатор – это расположение двух концентрических проводящих сфер с радиусами R1 и R2.

Цилиндрический конденсатор – система из двух соосных цилиндров радиусов R1 и R2 и длиной L.

Емкости этих конденсаторов, заполненных диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε, выражаются формулами:

– сферический конденсатор

– цилиндрический конденсатор

Для достижения заданного значения емкости конденсаторы соединяются вместе, образуя батареи конденсаторов.

1) W параллельное соединение конденсаторы их одинаково заряженные катушки соединены.

Напряжения на конденсаторах одинаковы U1 = U2 = U, заряды равны q1 = С 1U и q2 = С 2U .

Такая система может рассматриваться как один конденсатор с электрической емкостью C , обвиняемый в q = q1 + q2 с напряжением между обмотками, равным U . Из этого следует, что или C = C1 + С2

ПоэтомуПри параллельном соединении электрические мощности увеличиваются.

2) W при последовательном соединении конденсаторов разноименно заряженные катушки соединены

Заряды обоих конденсаторов одинаковы q1 = q2 = q, их напряжения равны и

Такая система может рассматриваться как единый заряженный конденсатор q при напряжении между клеммами U = U1 + U2.

Следовательно, или

При последовательном соединении конденсаторов инверсные значения емкостей складываются.

Формулы для параллельного и последовательного соединения остаются в силе для любого количества конденсаторов, соединенных в батарею.

Это означает, что для n конденсаторов одинаковой емкости C, емкость батареи

в параллельном соединении Cвсего = nC

при последовательном соединении Cобщий = C/n

Если обкладки заряженного конденсатора замкнуть металлическим проводником, по цепи потечет электрический ток, лампочка загорится и будет гореть до тех пор, пока конденсатор не разрядится. Это означает, что заряженный конденсатор содержит запас энергии.

Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить для зарядки конденсатора.

Процесс зарядки конденсатора можно понимать как последовательный перенос достаточно малых порций заряда Δq > 0 от одной стенки к другой, причем одна стенка постепенно заряжается положительным зарядом, а другая – отрицательным. Поскольку каждая часть передается при условии, что уже имеется определенный заряд qи между ними существует определенная разность потенциалов

для передачи каждой порции Δq работа должна быть выполнена внешней силой

Энергия We конденсатора с емкостью C, обвиняемый в qможно найти, интегрируя это выражение в интервале от 0 до q:

Формула, выражающая энергию заряженного конденсатора, может быть записана в другой эквивалентной форме, если мы воспользуемся соотношением q = ТС .

Электрическая энергия We следует рассматривать как потенциальную энергию, запасенную в заряженном конденсаторе.

Согласно современным представлениям, электрическая энергия конденсатора находится в пространстве между электродами конденсатора, т.е. в электрическом поле. Поэтому она называется энергия электрического поля.

Каждое тело состоит из молекул и атомов. Атом состоит из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженного ядра. Электроны в атоме вращаются по орбитам вокруг ядра. Если сумма отрицательно заряженных электронов равна положительному заряду, то говорят, что атом является электрически нейтральный. В таблице Менделеева порядковый номер элемента определяется числом электронов атома с нейтральным зарядом. Электрический заряд электрона равен -1,6*10 -19 К. Заряд ядра равен по абсолютной величине заряду электрона, умноженному на число электронов атома с нейтральным зарядом.

Проводники, изоляторы и полупроводники

Каждое тело состоит из молекул и атомов. Атом содержит отрицательно заряженные электроны и положительно заряженное ядро. Электроны в атоме вращаются по орбитам вокруг ядра. Если сумма отрицательно заряженных электронов равна положительному заряду, то говорят, что атом является электрически нейтральный. В таблице Менделеева порядковый номер элемента определяется числом электронов атома с нейтральным зарядом. Электрический заряд электрона равен -1,6*10 -19 К. Заряд ядра равен по абсолютной величине заряду электрона, умноженному на число электронов атома с нейтральным зарядом.

Электроны в атомах обычно располагаются на внешних или внутренних орбитах. Те электроны, которые находятся на внутренних орбиталях, относительно прочно связаны с ядром атома. Валентные электроны, т.е. те, которые находятся на внешних орбиталях, могут отделяться от атома и оставаться в “свободном” состоянии, пока не присоединятся к новому атому. Атом, в котором отсутствует любое количество электронов, называется положительно заряженным ионом. Атом, к которому присоединены электроны, называется отрицательно заряженным ионом.

Процесс образования ионов называется ионизация.
Количество “свободных” ионов или электронов, т.е. частиц, несущих заряд, на единицу объема вещества называется концентрация носителей заряда.
Электрический ток – это упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных частиц.
Электропроводность – это способность вещества проводить электрический ток через себя при воздействии электрического поля.

Чем выше концентрация носителей заряда в веществе, тем выше его электропроводность. В зависимости от способности проводить электричество вещества делятся на 3 группы: Проводники, полупроводники и диэлектрики.

Электрические проводники

Проводникиэто вещества с высокой электропроводностью. Существует два типа проводников: электронно-проводящие и ионно-проводящие. Электронная проводимость включает металлы и их сплавы. В металлах электрический ток возникает благодаря движению электронов. Ток, протекающий через эти проводники, не оказывает никакого воздействия на материал и не изменяет его химическую составляющую.

Высокая электропроводность металлов обусловлена тем, что они содержат много “свободных” электронов, которые беспорядочно перемещаются и заполняют объем проводника подобно газу. Во время этого активного движения электроны сталкиваются с ионами в неподвижной решетке атомов вещества. Следовательно, электроны меняют направление, скорость и свою кинетическую энергию.

Хаотическое движение электронов

Если в проводнике первого типа существует электрическое поле, то силы этого поля действуют на заряды в проводнике и управляют их движением. Свободные электроны движутся не в хаотическом порядке, а в одном направлении, противоположном направлению поля (от минусового полюса к плюсовому). Это упорядоченное движение свободных носителей заряда под действием электрического поля и есть – электрический ток (проводимость).

Упорядоченное движение носителей заряда под действием электрического поля

Второй тип проводников – это растворы или сплавы солей, кислот, оснований и т.д. независимо от протекания тока электролитическая диссоциация.

Электролитическая диссоциацияэто процесс расщепления нейтральных молекул на отрицательные и положительные ионы.

Положительные ионы – это ионы водорода и металла. Отрицательными ионами являются гидроксильные группы и кислотные остатки.

Электролиты

Такие растворы или сплавы, частично или полностью состоящие из ионов, называются электролиты. Без воздействия внешнего электрического поля молекулы и ионы такого проводника находились бы в состоянии хаотического движения.

Проводимость электролитов

Когда в таком проводнике создается электрическое поле, движение ионов становится упорядоченным, т.е. по проводнику течет ток (проводимость). Положительные ионы движутся в направлении поля, а отрицательные – против него.

Полупроводники

Полупроводникиэто вещества, проводимость которых зависит от температуры, света, электрического поля и примесей. В качестве таких материалов рассматриваются кремний, теллур, германий, селен, соединения металлов с серой и оксиды металлов. Полупроводники отличаются тем, что в дополнение к электронной проводимости обладают дырочной проводимостью. Дырочная проводимость обусловлена движением “дырок” под воздействием электрического поля. “Дыры” – это пустые пространства в атомах, не занятые валентными электронами. Это подобно тому, как положительно заряженные частицы движутся так же, как заряды, равные зарядам электронов. Сегодня использование полупроводников широко распространено в различных устройствах и приборах, таких как фоторезисторы и полупроводниковые диоды.

Электрические диэлектрики

Диэлектрикиэто вещества, которые при нормальных условиях имеют очень малое количество свободных электрически заряженных частиц. В результате они обладают низкой проводимостью. Газы, минеральные масла, лаки и твердые вещества (не металлы) считаются изоляционными материалами. Однако если диэлектрик подвергается воздействию высоких температур или сильного электрического поля, молекулы расщепляются на ионы, которые в результате теряют свои изоляционные свойства.

Полупроводники имеют запрещенную зону между двумя вышеупомянутыми зонами. Значение этой зоны указывает на количество энергии, которого будет достаточно для проведения электричества.

Теперь перейдем к диэлектрикам

электричество диэлектрики

Диэлектрик – это вещество, которое не поддается воздействию электрического поля, т.е. не пропускает ток, а если и пропускает, то в небольшом количестве.

Это происходит потому, что в них нет свободно плавающих молекул, проводящих ток, так как они имеют очень прочные атомные связи.

В жизни такими веществами являются: резина, керамические элементы, стекло, некоторые виды смол, дистиллированная вода, карбонит, фарфор, текстолит, а также сухое дерево и так далее.

Именно благодаря своим свойствам вышеупомянутые материалы составляют основу корпусов различных электроприборов, выключателей, розеток, вилок и других устройств, имеющих непосредственный контакт с электричеством.

Изолирующие элементы в сетях также изготавливаются из диэлектрических материалов.

Электричество диэлектрики

Но диэлектрики тоже не так просты. Если они подвергаются воздействию токов, превышающих норму, хранятся или устанавливаются в условиях повышенной влажности или используются ненадлежащим образом, они могут вызвать явление, называемое “разрушение изолятора”. – Это означает, что диэлектрик теряет свою функцию проведения электричества и становится проводником.

Вкратце это означает, что основной характеристикой диэлектрика является его способность к электрической изоляции. Таким образом, эти устройства помогают нам защитить себя от вредного воздействия электричества.

Свойства диэлектрика измеряются его электрической прочностью, которая равна напряжению пробоя диэлектрика.

Теперь, когда источник электронов выталкивает новые электроны в провод слева, через провод может проходить поток электронов (на что указывают стрелки, направленные слева направо). Однако поток будет прерван, если проводящий путь, образованный проволокой, прервется:

Теплопроводность

λ – это величина, описывающая количество тепла, проходящего через слой вещества в единицу времени. Размерность теплопроводности

Теплопроводность имеет большое значение при тепловых расчетах машин, аппаратов, кабелей и другого электрооборудования.

Значение теплопроводности λ для некоторых материалов

Серебро Медь Алюминий Латунь Железо, сталь Бронза Бетон Кирпич Стекло Асбест Дерево Пробка350 – 360 340 180 – 200 90 – 100 40 – 50 30 – 40 0,7 – 1,2 0,5 – 1,2 0,6 – 0,9 0,13 – 0,18 0,1 – 0,15 0,04 – 0,08

Из приведенных выше данных видно, что металлы обладают самой высокой теплопроводностью. Теплопроводность неметаллов значительно ниже. Особенно низких значений достигают пористые материалы, используемые для теплоизоляции. Согласно электронной теории, высокая теплопроводность металлов обусловлена такой же проводимостью электронов, как и электропроводность.

Проводники – это вещества, которые несут электрический заряд
Полупроводники – это вещества, электропроводность которых ниже, чем у металлов, и выше, чем у диэлектриков.

Что такое проводники, полупроводники, непроводники и диэлектрики?

Yakate

Проводники – это вещества, которые проводят электрический заряд.
Полупроводники – это вещества, электропроводность которых ниже, чем у металлов, и выше, чем у диэлектриков.

Непроводники электричества или изоляторы – это, по терминологии Фарадея, диэлектрики (см.). H. идеальных не существует; они лишь оказывают большое сопротивление гальваническому току и то различным телам в разной степени (см. гальванический ток), так что между плохим и хорошим проводниками находится множество тел средней проводимости. Нейтральные проводники гальванического тока также являются лучшими изоляторами статического электричества. H. Теплопроводники или плохие проводники также являются электрическими изоляторами (см. теплопроводность).

Диэлектрик (изолятор) – это вещество, которое практически не проводит электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см-3. Основным свойством диэлектрика является его способность поляризоваться во внешнем электрическом поле. С точки зрения теории полос пропускания твердых тел, диэлектрик – это вещество, ширина полосовой щели которого больше 3 эВ.

Диэлектрики имеют полностью заполненную валентную полосу и большую полосу пропускания. Электроны валентной зоны, даже когда атом сильно возбужден (нагрев, облучение и т.д.), не способны пересечь полосу возбуждения и перейти в полосу проводимости.

Проводники, полупроводники и диэлектрики. Их краткие характеристики и практическое применение.

Электрическое поле

1.Электричество, его свойства, характеристики и применение. Основные этапы развития отечественной электроэнергетики.

Электричество благодаря своим уникальным характеристикам широко используется во всех областях промышленности, сельского хозяйства, транспорта, автоматизации, информационных технологий, электроники, радиотехники и в быту:

(a) его несложно передавать на большие расстояния (сотни и тысячи километров) с малыми потерями;

(b) легко преобразуется в другие формы энергии (тепловую, механическую, химическую и т.д.). И наоборот, другие формы энергии (тепловая, ядерная, механическая и т.д.) преобразуются в электрическую энергию

(c) легко фракционируется и распределяется среди потребителей различной мощности (от десятков мегаватт до долей ватта);

(d) легко контролируется и регулируется различными электрическими устройствами.

Замечательные свойства электричества были замечены еще на заре развития науки и техники в области изучения и использования этой формы энергии. Например,

между 1802 и 1803 годами В.В. Петров открыл явление электрической дуги и указал на возможность ее использования для электросварки и плавления металлов;

А.Г.Столетов провел исследования магнитных свойств железа в 1872 году;

В 1876 году П. Н. Яблочков изобрел электрическую свечу;

M. О.Доливо-Добровольский в 1888 году изобрел трехфазную систему электрических цепей;

В 1895 году А.С.Попов изобрел беспроволочный телеграф и построил первый радиоприемник;

Гидроэлектростанция на реке Днепр начала работать в 1932 году

В 1954 году построена первая в мире атомная электростанция;

Атомная электростанция на быстрых нейтронах, построенная в 1973 году (в Шевченково).

2.Развитие электротехники в Республике Беларусь.

Электротехника – это наука о производстве, передаче, потреблении и использовании электроэнергии. Электричество – самая удобная форма энергии. Электричество можно передавать на большие расстояния по воздушным линиям и кабелям с малыми потерями, его можно использовать в больших и малых порциях – в двигателях мощностью в сотни киловатт и в микромоторах мощностью в доли ватта. Возможность использования автоматического и дистанционного управления машинами и электрооборудованием увеличивает функциональность технологического и производственного оборудования, повышает производительность труда, а также культуру труда и быта.

Сегодня в Республике Беларусь действуют:

– Лукомльская государственная региональная электростанция мощностью 2412 МВт;

– Березовская ГРЭС мощностью 1 060 МВт;

– Белорусская государственная региональная электростанция мощностью 16,9 МВт;

– Гродненская АЭС мощностью 18,6 МВт и 28 районных тепловых станций, общая установленная мощность тепловых электростанций составляет 7718,8 МВт.

В дополнение к тепловым электростанциям имеется 26 малых гидроэлектростанций общей мощностью

12,1 МВт и 23 единицы промышленных предприятий с установленной мощностью 184,43 МВт.

В Беларуси первая атомная электростанция строится под Островцом.

В Могилеве успешно работает предприятие по производству электрических машин – завод “Электродвигатель”, в Минске – электротехнический завод, а в Молодечно – завод по производству силовых полупроводниковых вентилей и т.д. 3.

3.Характеристики электрического поля: напряженность, потенциал, электрическое напряжение.

Каждый покоящийся электрический заряд создает вокруг себя электрическое поле. Такое поле представляет собой особый вид материи, которая взаимодействует с электрическими зарядами. Если

в электрическое поле, создаваемое неподвижным зарядом q1взимать так называемый тестовый сбор q2т.е. заряд настолько мал, что его присутствие не может ощутимо изменить поле заряда q1и затем на нем, на этом процедурном утверждении q2со стороны поля будет действовать сила F.

действующая на заряд образца q2 сила F зависит не только от размера заряда q1которое создает поле, но и на величину тестового заряда. q2. Если различные значения заряда образца

выборочные платежиq2, силы F. Но для всех выборочных сборов соотношение

F/q2,

будут одинаковыми для данной точки поля. Этот коэффициент является характеристикой прочности

электрического поля и называется напряженностью электрического поля E в этот момент:

E = F/q2.

Напряжение электрического поля в данной точке – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный заряд в данной точке поля.

Электрическое поле иллюстрируется линиями напряженности электрического поля.

Потенциал. Электрическое поле характеризуется не только своей напряженностью, но и потенциалом точки поля. Потенциал электрического поля в данной точке численно равен работе, совершаемой силами этого поля при перемещении единичного заряда из этой точки в бесконечность (или в точку, потенциал которой принимается равным нулю, т.е. F = 0):

Ф = А/q2.

За единицу потенциала принят 1 В. Потенциал электрического поля в данной точке равен 1B, если при переносе единичного заряда 1Кл из бесконечности в данную точку поля совершается работа 1Дж. Есть и другое определение:потенциал поляв данной точке равно 1 В, если единичный заряд массой 1 Кл в этой точке имеет потенциальную энергию 1 Дж. Электрическое поле, имеющее потенциал в любой точке, называется потенциальный.

На практикеважен не потенциал поля в данной точке, а разность потенциаловдвух точек в поле. Эта разность потенциалов равна работе, совершаемой силами поля при перемещении единичного заряда между этими точками:

Эта работа электрическое напряжение между двумя точками в электрическом поле (или электрической цепи).

В потенциальном поле эта работа не зависит от формы пути, который проходит заряд.

Проводники, полупроводники и диэлектрики. Их краткие характеристики и практическое применение.

Все вещества, в зависимости от их электропроводности и зависимости этой электропроводности от определенных физических факторов, делятся на проводники, полупроводники и изоляторы (изоляционные материалы).

Проводники. Проводники – это вещества, характеризующиеся наличием большого количества носителей заряда, способных перемещаться под действием электрического поля. В качестве проводников чаще всего используются металлы, электролиты и плазма. В металлах носителями заряда являются электроны, которые свободно перемещаются между атомами. В электролитах носителями являются положительные и отрицательные ионы, а в плазме носителями являются свободные электроны и ионы. В металлическом проводящем теле под действием внешнего электрического поля напряженностью E, бесплатно Электроны движутся вдоль линии напряженности к одной из поверхностей тела проводника, которая получает отрицательный заряд. Тогда противоположная поверхность проводящего тела получает положительный заряд той же величины в соответствии с законом сохранения заряда. Это явление движения зарядов на поверхности проводника, находящегося в электрическом поле, называется электростатический индукция.

Движение зарядов приводит к возникновению внутреннего электрического поля Еw. Это направление противоположно внешнему.

Если напряженности полей равны, то разделение зарядов завершено и результирующая напряженность электрического поля внутри проводника равна нулю.

Диэлектрики. В диэлектрике число свободно заряженных частиц очень мало, поэтому направленным движением этих частиц (током в диэлектрике) можно пренебречь.

Различают диэлектрики с полярными и неполярными частицами. Полярные частицы можно представить как электрический диполь, т.е. пару противоположных зарядов, расположенных в непосредственной близости друг от друга. В отсутствие внешнего электрического поля диполи ориентированы произвольно. Когда создается внешнее электрическое поле, диполи под действием сил электрического поля поворачиваются в направлении напряженности внешнего поля.

В неполярный Частицы внешнего поля перемещают заряженные частицы вдоль направления поля, и они приобретают свойства диполей. Ориентация или смещение дипольных зарядов под действием внешнего электрического поля называется диэлектрическая поляризация.

Когда внешнее поле снимается, диполь принимает свое прежнее положение. Однако существуют диэлектрики, которые сохраняют свою остаточную поляризацию при поляризации внешним электрическим полем (например, сегнетоэлектрики, электроны). Явление поляризации присуще только диэлектрикам. Величина, определяющая, во сколько раз диэлектрическая проницаемость данного диэлектрического материала выше диэлектрической проницаемости воздуха, называется относительный диэлектрическая проницаемость (например, слюда 4-6, фарфор 5-8 и т.д.).

Полупроводники.Их проводимость является промежуточной между проводниками и диэлектриками. Полупроводники включают такие элементы, как кремний, германий, селен и оксиды некоторых металлов. Полупроводники характеризуются:

– сильное влияние примесей на электропроводность;

– сильная температурная зависимость проводимости;

– высокая зависимость проводимости от различных излучений;

– механических сил на проводимость.

Явление образования подвижных носителей заряда (электронов и дырок) в полупроводнике под воздействием температуры называется термогенерация носителей заряда. Дырка – это заряженная частица с положительным зарядом, которая возникает в результате отсутствия электронов в атоме.

Электропроводность в полупроводнике, вызванная тепловой генерацией носителей заряда, называется удельная проводимость. Свободные носители, движущиеся в кристалле, могут заполнять дыры. Этот процесс называется рекомбинацией. Таким образом, в полупроводнике происходят два процесса: термогенерация и рекомбинация. В результате устанавливается состояние зарядового равновесия. В дополнение к удельной проводимости добавляется примесная проводимость, если полупроводник имеет примеси других веществ.

В качестве примесей используются трехвалентные и пятивалентные элементы. Примеси замещают атомы базового элемента в кристаллической решетке. Пятивалентная примесь (мышьяк, фосфор, сурьма и т.д.) называется донор. Эта примесь образует четыре ковалентные связи с соседними атомами. Оставшийся пятый валентный электрон имеет очень слабую связь. Она в десятки раз меньше ковалентной связи и поэтому первой высвобождается под действием температуры. Такой полупроводник называется полупроводником n-типа. n-типа или электронно-проводящий полупроводник.

Если трехвалентные элементы, называемые акцепторными примесями (например, бор, индий, алюминий и т.д.), вводятся в кристаллическую решетку, они образуют незаполненный образуются ковалентные связи. Незаполненная ковалентная связь образует в этой точке дырку. отверстие.

Полупроводник с такой примесью называется полупроводником p-типа. p-типаполупроводник дырочного типа или полупроводник дырочного типа.

Носитель заряда, концентрация которого в полупроводнике преобладает, называется основной. Недоминантный это носители заряда, концентрация которых ниже, чем у основных носителей. Примеси больше не влияют на концентрацию носителей заряда при предельной температуре. Например, для германия это 75 градусов Цельсия, а для кремния – 125 градусов Цельсия.

Читайте далее:
Сохранить статью?