Întrebări de test

1. Notați expresia forței Lorentz în formă vectorică.

2. Cum să determinăm direcția forței Lorentz?

3. Cum se va deplasa încărcarea într-un câmp magnetic uniform dacă vectorul de viteză și vectorul de inducție sunt:

a) sunt paralele, b) perpendiculare, c) sunt poziționate la un unghi de 0 -7 Gn / m,

μ este permeabilitatea magnetică a mediului care umple solenoidul,

N este numărul de rotații ale solenoidului,

Fluxul magnetic prin transformările N ale solenoidului va fi

F = NBS = μm0 (5)

unde S este secțiunea transversală a solenoidului. Comparând formulele (5) și (2), este ușor de găsit că inductivitatea solenoidului

Dacă lungimea solenoidului este comparabilă cu diametrul său, atunci se introduce un factor de corecție în formula (6)

unde "K" este un factor de corecție care ia în considerare dimensiunile finite ale solenoidului. De asemenea, rezultă din formula (7) că, atunci când permeabilitatea magnetică a mediului () de umplere a solenoidului variază, se modifică valoarea inductanței sale. În acest caz, atunci când agentul de umplere solenoid este feromagnetic, bucla inductanță va depinde de intensitatea magnetizării sale, t. E. Pe un curent care generează un câmp magnetic în solenoid. Prin urmare, în prezența unui miez feromagnetic L = f (I) și a mediei lui L, obținută în diferite puncte, este imposibilă.

Inductanță, capacitate și rezistență într-un circuit de curent alternativ.

Să considerăm un circuit electric format dintr-un rezistor R, o bobină de inducție L, și un condensator C, la care se aplică un emf extern variază în funcție de ε timp (t). Conform legii

Figura 1 Ohm pentru acest circuit poate fi scris:

unde I - intensitatea curentului, R - rezistența ,, ε (t) = εo * sinωt (εo - emf extern maximă, frecvența de oscilație ω-), εs. Având în vedere că I = u =, expresia (8) poate fi scrisă sub forma:

Această ecuație diferențială de ordinul doi descrie oscilațiile forțate cu rezistență luate în considerare. Rezolvând această ecuație, obținem o expresie pentru valoarea amplitudinii intensității curente:

Expresia (10) poate fi considerată drept legea lui Ohm pentru curent alternativ. În acest caz

- impedanța circuitului de curent alternativ, R - rezistența ohmică, ωL - rezistența inductivă, 1 / ωσ - rezistența capacitivă, - adesea numită rezistență reactivă. În cazul în care nu există inductor sau condensator în circuitul de curent alternativ, expresia (10) este simplificată, deoarece în acest caz fie RL = ωL, fie egal cu zero.

Luați în considerare circuitul electric asamblat conform fig.2, unde P este reostatul diafragmei; L este un solenoid cu o rezistență ohmică R; A - ampermetru, V - voltmetru, K - cheie.

D

unde I0 și U0 - valorile de amplitudine ale curentului și tensiunii la locul ab, R - rezistența ohmică a solenoidului, RL = ωL - rezistența bobinei de inducție. Dispozitivele AC măsoară valorile efective de curent și de tensiune care sunt legate de valorile amplitudinii după cum urmează:

(sub valoarea efectivă, de exemplu, a unui curent alternativ, se înțelege cantitatea de curent continuu care, în rezistența ohmică, produce aceeași putere ca curentul alternativ). Având în vedere cele de mai sus, formula (11) poate fi scrisă în următoarea formă:

Găsirea cu ajutorul instrumentelor Ieff. și Ueff. Este posibil să se determine impedanța segmentului de lanț ab:

Deoarece, cunoscând rezistența ohmică R, se poate găsi inductanța solenoidului L:

Aici, = 6,28 * 50 = 314 (1 / s).

Ordinea de executare a muncii

Asamblați circuitul așa cum este arătat în Fig.

Determinați prețul divizării ampermetrului și a voltmetrului.

Scoateți miezul din bobină, apăsați tasta "K".

Prin schimbarea curentului în circuit cu reostatul, măsurați Ieff. și Ueff. Măsurați pentru cinci curenți și tensiuni. Înregistrați rezultatele măsurătorilor din tabelul 1.

Notă: l (cm) este partea din nucleul care se află în bobină.

Prelucrarea rezultatelor măsurătorilor

Folosind formula (13), calculați impedanța pentru fiecare măsurătoare și introduceți datele din tabelul 1.

Calculați valorile de inductanță ale solenoidului conform formulei (14) pentru fiecare măsurătoare și introduceți datele din tabelul 1.

Calculați valoarea medie a inductanței solenoidului, eroarea absolută a măsurătorii, eroarea absolută medie și eroarea relativă. Toate valorile calculate trebuie înregistrate în tabelul 1.

Se repetă calculele specificate la clauzele 1 și 2, utilizând datele din tabelul 2.

Construiți un grafic al dependenței inductanței solenoidului L de adâncimea imersiunii l a miezului în bobină.

Formați legea inducției electromagnetice și regula Lenz.

Dați definiția fenomenului de autoinducție.

Ce determină magnitudinea EMF de autoinducție?

Specificați inductanța conductorului și unitatea măsurării acestuia.

Care este rolul inductanței și rezistenței într-un circuit de curent alternativ?

Cum se determină valoarea rezistenței inductive, rezistența capacitivă, impedanța circuitului de curent alternativ?

Pe baza rezultatelor lucrărilor efectuate, tragem o concluzie cu privire la efectul miezului feromagnetic asupra inductanței solenoidului.

Savelyev IV "Curs de fizică", v.2, pp. 196 - 205, 272 - 284, 1989.

Detlaf AA Yavorski BM Milkovskaya LB "Cursul fizicii", v.2, pp. 262-283, 1977.

Kalashnikov SG "Electricitate", p. 179 - 192, 1977.

Lucrări de laborator № 2.09

STUDIU DE DEPENDENTE DE REZISTENȚĂ TEMPERATURII semiconductorilor și bandgap DETERMINARE

Solide, la  sale rezistivitate, pot fi împărțite în trei clase principale: metale (conductori), semi-căpriori și dielectrici (izolatori). La temperatura camerei, pentru diferite clase de solide,  are valori în limitele următoare:

Metale 10 -8  10 -6 Ohm

Semiconductori 10 -6  10 8 Ohm

Dielectrice mai mult de 10 8 Ohm

Cu toate acestea, o astfel de clasificare pur cantitativă nu transmite caracteristicile specifice ale conductivității electrice și ale altor proprietăți ale substanțelor solide. Lipsa unei schimbări puternice a rezistivității la tranziția de la semiconductori la dielectric reflectă mai degrabă similitudinea lor calitativă fundamentală. Se observă o diferență calitativă semnificativă între metale și semiconductori. De exemplu, în metale, rezistența crește liniar cu creșterea temperaturii și scade exponențial cu semiconductori (figura 1).

Fig. 1. Dependența de temperatură a rezistivității pentru metale (1) și semiconductori (2).

O explicație a diferenței de conductivitate electrică și a altor proprietăți ale acestor clase este dată de teoria banda mecanică cuantică a unui solid. Se știe din mecanica cuantică că, în orice atom izolat, electronii pot avea doar anumite valori de energie discrete, numite niveluri de energie. Și la fiecare nivel de energie, în conformitate cu principiul Pauli, nu pot exista mai mult de doi electroni. Electronii la cel mai înalt nivel de energie (electroni ai orbitelor electronice externe) se numesc electroni de valență. Pe măsură ce atomii converg la distanțe egale cu distanțele inter-atomice din solide, interacțiunea dintre cochiliile de electroni ale atomilor conduce la împrăștierea nivelelor energetice ale atomilor individuali, formând benzi energetice ale unui corp solid. Fiecare bandă de energie este un indiscret dis-set, dar nivelurile de energie foarte strâns distanțate, Num-lo a cărui suprafață este egal cu numărul de atomi din cristal, iar distanța dintre ele este de aproximativ 10 -22-10 -23 eV (1 eV = 1,6 10 -19 J).

Zona energetică formată prin împărțirea nivelului de energie cu electroni de valență se numește banda de valență. Zona ENERGETICĂ din punct de vedere format prin scindarea atomilor de nivel de energie ma situat deasupra nivelului de energie al valența electro-ne, numită zonă liberă. Între banda de valență și zona liberă există o zonă interzisă. Nu există valori de energie permise aici. Diferența de energie dintre fundul zonei libere și banda de valență este numită lățimea (minim de jos energie în zona maximă de energie zona tavanului)-zonyE interzise.

Conductivitatea electrică a solidelor este determinată de gradul de umplere a benzii de valență de electroni și de lățimea benzii interzise.

În funcție de gradul de umplere a benzilor de electroni și de lățimea benzii interzise E, sunt posibile patru cazuri, prezentate schematic în Fig. 2.

Fig. 2. Schema structurii benzii metalice (a, b), dielectric (c), semiconductor (d)

Banda de valență este plină parțial cu electroni (figura 2a). În acest caz, electronul primește un arbitrar mic „aditiv“ energie (de exemplu, datorită mișcării termice sau a unui câmp electric) se poate deplasa la un nivel de energie mai ridicat în acest domeniu și să participe la conducția. Acesta este tipic pentru metale.

Zona de valență este plină, dar se suprapune cu zona liberă (figura 2b). În acest caz, electronii pot transfera cu ușurință la nivelurile de energie din zona liberă și pot participa la conductivitatea electrică. Acest lucru este, de asemenea, caracteristic pentru metale.

În plus, un caz este posibil în cazul în care banda de valență este complet umplută cu electroni, iar zona liberă este goală (figura 2c, d). În funcție de lățimea benzii interzise E, solidele având o astfel de structură de bandă sunt dielectrice sau semiconductori. Dacă bandgap mai mare de energie termică a electronilor determinată de temperatura, electronii nu pot NE -rata într-o zonă liberă (adică, nu se poate dobândi putere suplimentară-lea, din moment ce toate statele de energie în banda de valență sunt ocupate, și să se deplaseze în zona liberă energia termică a electronilor nu este suficientă). Un astfel de cristal este un dielectric (Figura 2c).

În cele din urmă, în cazul în care diferența de bandă este suficient de îngustă, astfel încât transferul de electroni din banda de valență la o zonă liberă poate fi implementată relativ ușor de excitație termică, care este un cristal semiconductor (Fig. 2 g).

Semiconductorul în starea solului, atunci când banda de valență este plin (se observă la tem-peratures relativ scăzute) în cristal sunt purtători liberi de sarcină, care ar putea participa la o conductivitate. Toți electronii sunt ocupați în legături covalente care unesc atomii într-o latură de cristal. În aceste condiții, semiconductorul nu diferă deloc de dielectric. Cu o creștere a temperaturii, este posibil să se scoată un electron din această legătură. Aceasta formează un electron liber, care nu este legat la orice atom particular într-o rețea cristalină, și în locul în care comunicarea sa format poziție deschisă, care se numește o gaură (Fig. 3a). În limbajul teoriei banda, aceasta înseamnă că, sub influența mișcării termice a electronilor depăși zona interzisă și sa mutat în zona liberă și se formează gaura (Fig. 3b) în banda de valență.

E

Fig. 3. Schema de formare a purtătorilor de sarcină gratuit în semiconductorul intrinsec.

Conductivitatea, efectuată de electronii zonei libere, se numește electron. În același timp, ca urmare a mișcării termice poate sări valență electronilor din legăturile vecine în postul vacant - gaura, iar gaura va apărea la locul unde a plecat de electroni etc. Sub influența unui câmp electric extern, astfel de deplasări vor avea un caracter direcțional. Asta este, conductivitatea poate fi realizată și prin electroni de valență. Un astfel de procedeu de umplere a găurilor cu electroni este de obicei considerată ca mișcarea în direcția mișcării electronilor opus găurii SRI, ca și în cazul în care gaura-razii a dat o sarcină pozitivă egală ca mărime cu sarcina unui electron. Conductivitatea semiconductorilor datorită găurilor se numește conductivitate a găurilor.

Astfel, în semiconductori se observă două mecanisme de conducere: electron și gaură. Dacă numărul de electroni din zona liberă este egal cu numărul de găuri din banda de valență, atunci un astfel de semiconductor este numit corect, iar conductivitatea sa este conductivitatea intrinsecă. Semiconductorii proprii sunt semiconductori chimic puri, care includ elementele din grupa IV a tabelului periodic al elementelor Mendeleev Si. Ge, precum și compuși chimici din grupurile III și V, cum ar fi, de exemplu, GaAs, GaP și altele.

Pe măsură ce crește temperatura (adică cu creșterea energiei de excitație termică), un număr tot mai mare de electroni se va deplasa de la banda de valență la zona liberă, adică se formează un număr mai mare de purtătoare de sarcină (electroni și găuri) care participă la conductivitatea electrică. Aceasta conduce la o creștere a conductivității electrice a semiconductorului cu creșterea temperaturii și, în consecință, o scădere a rezistenței.

În teoria fizicii semiconductoare se arată că rezistența unui semiconductor intrinsec ca funcție de temperatură variază în funcție de expresie

unde R0 este un anumit factor în funcție de natura semiconductorului;

k este constanta Boltzmann;

T este temperatura absolută.

Relația (1) este utilizată în această lucrare pentru a determina lățimea benzii interzise E a unui semiconductor. Luând logaritmul expresiei (1), obținem

Expresia (2) în coordonatele LnR și 1 / T este ecuația liniei drepte, graficul căruia este prezentat în Fig. Din expresia (2) și din figura 4 se poate observa că lățimea benzii interzise va fi determinată de următoarea expresie:

T

Documente conexe:

Recomandat pentru pregătirea pentru angajare în laborator; - citiți notele de curs și capitolele corespunzătoare ale manualului (formare), completați intrarea. 7. retragerea produselor de reacție din reactor. Despre mecanismul fizico-chimic al interacțiunii particulelor de NGP.

Recomandat pentru pregătirea pentru angajare în laborator; - citiți notele de curs și capitolele corespunzătoare ale manualului (formare), completați intrarea. în comparație cu straturile de dioxid de siliciu, asigură următoarele filme de siliciu pentru filmele cu nitrură de siliciu.

Articole similare

• Ordonanța de concediere a angajatului municipal - o întrebare №109219 de la d

• Traducerea valorii de referință din rusă în engleză, traducerea rusă în engleză

• Mergem la instanța de arbitraj în câteva chestiuni legate de costum și trucuri mici

Trimiteți-le prietenilor: