პრეზენტაცია თემაზე „გამტარები ელექტრულ ველში“. პრეზენტაცია თემაზე "გამტარები და დიელექტრიკები" პრეზენტაცია თემაზე "გამტარები ელექტროსტატიკურ ველში"

გამტარები ელექტრულ ველში თავისუფალი მუხტები - იგივე ნიშნის დამუხტული ნაწილაკები, რომლებსაც შეუძლიათ გადაადგილება ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ. ველი ნივთიერებები გამტარები დიელექტრიკები ნახევარგამტარები

ნებისმიერი საშუალო ასუსტებს ელექტრული ველის სიძლიერეს

გარემოს ელექტრული მახასიათებლები განისაზღვრება მასში დამუხტული ნაწილაკების მობილურობით

გამტარი ლითონი, მარილების, მჟავების ხსნარები, სველი ჰაერი, პლაზმა, ადამიანის სხეული

ეს არის სხეული, რომლის შიგნით არის საკმარისი რაოდენობის თავისუფალი ელექტრული მუხტი, რომელსაც შეუძლია ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ გადაადგილება.

თუ დაუცველი გამტარი შეყვანილია ელექტრულ ველში, მაშინ მუხტის მატარებლები იწყებენ მოძრაობას. ისინი ისეა განაწილებული, რომ მათ მიერ შექმნილი ელექტრული ველი გარე ველის საპირისპირო იყოს, ანუ გამტარის შიგნით არსებული ველი დასუსტდება. გადასახადები გადანაწილდება მანამ, სანამ არ დაკმაყოფილდება გამტარზე დამუხტვის წონასწორობის პირობები, ანუ:

ელექტრულ ველში შეყვანილი ნეიტრალური გამტარი არღვევს დაძაბულობის ხაზებს. ისინი მთავრდება უარყოფით გამოწვეულ მუხტებზე და იწყება დადებითზე.

მუხტების სივრცითი განცალკევების ფენომენს ელექტროსტატიკური ინდუქცია ეწოდება. ინდუცირებული მუხტების საკუთარი ველი მაღალი ხარისხისიზუსტე ანაზღაურებს გარე ველს დირიჟორის შიგნით.

თუ დირიჟორს აქვს შიდა ღრუ, მაშინ ველი ასევე არ იქნება ღრუს შიგნით. ეს გარემოება გამოიყენება ელექტრული ველებისგან აღჭურვილობის დაცვის ორგანიზებისას.

გამტარის ელექტრიფიკაციას გარე ელექტროსტატიკურ ველში მასში უკვე არსებული დადებითი და უარყოფითი მუხტების თანაბარი რაოდენობით განცალკევებით ეწოდება ელექტროსტატიკური ინდუქციის ფენომენი, ხოლო თავად გადანაწილებულ მუხტებს ინდუქციური ეწოდება. ეს ფენომენი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაუმუხტი გამტარების ელექტრიფიკაციისთვის.

დაუტენელი გამტარი შეიძლება ელექტრიფიცირდეს სხვა დამუხტულ გამტართან კონტაქტით.

გამტარების ზედაპირზე მუხტების განაწილება დამოკიდებულია მათ ფორმაზე. დატენვის მაქსიმალური სიმკვრივე შეინიშნება წერტილებზე, ხოლო ჩაღრმავებების შიგნით ის მინიმუმამდე მცირდება.

ელექტრული მუხტების თვისება კონცენტრირდეს გამტარის ზედაპირულ ფენაში, გამოყენებული იქნა ელექტროსტატიკური მეთოდით მნიშვნელოვანი პოტენციური განსხვავებების მისაღებად. ნახ. მოცემულია ელექტროსტატიკური გენერატორის დიაგრამა, რომელიც გამოიყენება ელემენტარული ნაწილაკების აჩქარებისთვის.

სფერული გამტარი 1 დიდი დიამეტრიმდებარეობს საიზოლაციო სვეტზე 2. დახურული დიელექტრიკული ლენტი 3 მოძრაობს სვეტის შიგნით, ამოძრავებს ბარაბანი 4. მაღალი ძაბვის გენერატორიდან ეკლექტიკური მუხტი გადადის ფირზე წვეტიანი გამტარების სისტემის 5 და დამიწების ფირფიტის მეშვეობით. 6 მდებარეობს ფირის უკანა მხარეს. მუხტები ამოღებულია ლენტიდან 7 წერტილების სისტემით და მიედინება ქვემოთ გამტარ სფეროზე. მაქსიმალური მუხტის მნიშვნელობა, რომელიც შეიძლება დაგროვდეს სფეროზე, განისაზღვრება სფერული გამტარის ზედაპირიდან გაჟონვით. პრაქტიკაში, მსგავსი დიზაინის გენერატორების სფეროს დიამეტრი 10-15 მ შეიძლება გამოყენებულ იქნას 3-5 მილიონი ვოლტის რიგის პოტენციური სხვაობის მისაღებად. სფეროს მუხტის გასაზრდელად, მთელი სტრუქტურა ზოგჯერ მოთავსებულია შეკუმშული გაზით სავსე ყუთში, რაც ამცირებს იონიზაციის ინტენსივობას.

http://www.physbook.ru/images/0/02/Img_T-68-004.jpg

http://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/elmag/uchpos/text/2_2.html

http://www.ido.rudn.ru/nfpk/fizika/electro/course_files/el13.JPG

გამტარები და დიელექტრიკა ელექტრო სფეროში

ძირითადი კურსი


  • გამტარები არის ნივთიერებები, რომლებშიც არის თავისუფალი ელექტრული მუხტები, რომლებსაც შეუძლიათ გადაადგილება თვითნებურად სუსტი ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ.

დირიჟორები

იონიზირებული

აირები

ლითონები

ელექტროლიტები




ელექტროსტატიკური დაცვა- ფენომენი, რომლის მიხედვითაც შესაძლებელია ელექტრული ველის დაცვა მისგან ელექტრული გამტარი მასალის (მაგალითად, ლითონის) დახურული გარსის შიგნით "დამალვით".

ელექტროსტატიკური დაცვა.


ფენომენი აღმოაჩინა მაიკლ ფარადეიმ 1836 წელს. მან შენიშნა, რომ გარე ელექტრული ველი ვერ მოხვდება დამიწებული ლითონის გალიაში. მოქმედების პრინციპი ფარადეის გალიებიარის ის, რომ გარე ელექტრული ველის მოქმედებით, მეტალში თავისუფალი ელექტრონები იწყებენ მოძრაობას და ქმნიან მუხტს უჯრედის ზედაპირზე, რომელიც მთლიანად ანაზღაურებს ამ გარე ველს.




დიელექტრიკები (ან იზოლატორები) არის ნივთიერებები, რომლებიც ელექტროენერგიას შედარებით ცუდად ატარებენ (გამტარებთან შედარებით).

  • დიელექტრიკებში ყველა ელექტრონი შეკრულია, ანუ ისინი მიეკუთვნებიან ცალკეულ ატომებს და ელექტრული ველი არ წყვეტს მათ, არამედ მხოლოდ ოდნავ ანაცვლებს მათ, ანუ პოლარიზებს მათ. ამრიგად, ელექტრული ველი შეიძლება არსებობდეს დიელექტრიკის შიგნით, დიელექტრიკი გარკვეულ გავლენას ახდენს ელექტრულ ველზე

დიელექტრიკები იყოფა პოლარულიდა არაპოლარული .


პოლარული დიელექტრიკები

შედგება მოლეკულებისგან, რომლებშიც დადებითი და უარყოფითი მუხტების განაწილების ცენტრები ერთმანეთს არ ემთხვევა. ასეთი მოლეკულები შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ორი იდენტური მოდულის საპირისპირო წერტილით ბრალდებები მდებარეობს ერთმანეთისგან გარკვეულ მანძილზე, ე.წ დიპოლი .


არაპოლარული დიელექტრიკები

შედგება ატომებისა და მოლეკულებისგან, რომლებშიც დადებითი და უარყოფითი მუხტების განაწილების ცენტრები ერთმანეთს ემთხვევა.


პოლარული დიელექტრიკის პოლარიზაცია.

  • პოლარული დიელექტრიკის განთავსება ელექტროსტატიკურ ველში (მაგალითად, ორ დამუხტულ ფირფიტას შორის) იწვევს ველის გასწვრივ ადრე შემთხვევით ორიენტირებული დიპოლების შემობრუნებას და გადაადგილებას.

უკუქცევა ხდება ძალების წყვილის მოქმედებით, რომელიც გამოიყენება ველის მხრიდან დიპოლის ორ მუხტზე.

დიპოლების გადაადგილებას პოლარიზაცია ეწოდება. თუმცა, მხოლოდ ნაწილობრივი პოლარიზაცია ხდება თერმული მოძრაობის გამო. დიელექტრიკის შიგნით დიპოლების დადებითი და უარყოფითი მუხტები ერთმანეთს ანაზღაურებენ და დიელექტრიკის ზედაპირზე ჩნდება შეკრული მუხტი: უარყოფითი დადებითად დამუხტული ფირფიტის მხარეს და პირიქით.



არაპოლარული დიელექტრიკის პოლარიზაცია

არაპოლარული დიელექტრიკი ელექტრულ ველში ასევე პოლარიზდება. ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ მოლეკულაში დადებითი და უარყოფითი მუხტები გადაინაცვლებს საპირისპირო მიმართულებით, ისე, რომ მუხტის განაწილების ცენტრები გადაადგილდება, როგორც პოლარულ მოლეკულებში. ველის მიერ გამოწვეული დიპოლის ღერძი ორიენტირებულია ველის გასწვრივ. შეკრული მუხტები ჩნდება დამუხტული ფირფიტების მიმდებარე დიელექტრიკულ ზედაპირებზე.


პოლარიზებული დიელექტრიკი თავად ქმნის ელექტრულ ველს.

ეს ველი ასუსტებს გარე ელექტრულ ველს დიელექტრიკის შიგნით

ამ შესუსტების ხარისხი დამოკიდებულია დიელექტრიკის თვისებებზე.

მატერიაში ელექტროსტატიკური ველის სიძლიერის დაქვეითება ვაკუუმში არსებულ ველთან შედარებით ხასიათდება გარემოს შედარებითი გამტარიანობით.



დირიჟორები ელექტრულ ველში

დიელექტრიკები ელექტრულ ველში

1. არსებობს თავისუფალი ელექტრონები

1. არ არსებობს უფასო გადასახადის მატარებლები.

2.ელექტრონები გროვდება გამტარის ზედაპირზე

2. ელექტრულ ველში მოლეკულები და ატომები ბრუნავენ ისე, რომ ერთის მხრივ დიელექტრიკში ჩნდება ჭარბი დადებითი მუხტი, ხოლო მეორეს მხრივ უარყოფითი მუხტი.

3. გამტარის შიგნით არ არის ელექტრული ველი

3. გამტარის შიგნით ელექტრული ველი სუსტდება ε-ჯერ.

4. დირიჟორი შეიძლება დაიყოს 2 ნაწილად ელექტრულ ველში და თითოეული ნაწილი დაიმუხტება სხვადასხვა ნიშნით.

4. დიელექტრიკი შეიძლება დაიყოს 2 ნაწილად ელექტრულ ველში, მაგრამ თითოეული მათგანი დაუმუხტველი იქნება


საკონტროლო კითხვები

1 . რა ნივთიერებებს უწოდებენ გამტარებს?

2 რა ელექტრულ მუხტს უწოდებენ თავისუფალს?

3. რა ნაწილაკები არიან მეტალებში თავისუფალი მუხტის მატარებლები?

4. რა ხდება ელექტრულ ველში მოთავსებულ მეტალში?

5. როგორ ნაწილდება მას გამთენიისას დირიჟორზედ?


საკონტროლო კითხვები.

6. თუ ელექტრული ველის გამტარი ორ ნაწილად იყოფა, როგორ დაიმუხტება ეს ნაწილები?

7. რა პრინციპს ეფუძნება ელექტროსტატიკური დაცვა?

8. რა ნივთიერებებს ეწოდება დიელექტრიკები?

9. რა არის დიელექტრიკები? Რა არის განსხვავება?

10. ახსენით დიპოლის ქცევა გარე ელექტრულ ველში.


11. როგორ ხდება დიელექტრიკული პოლარიზაცია.

12. თუ ელექტრულ ველში მოთავსებული დიელექტრიკი ორად იყოფა, რა იქნება თითოეული ნაწილის მუხტი?

13. უარყოფითად დამუხტული ღრუბელი გადის ელვისებურ ჯოხზე. ელექტრონული ცნებების საფუძველზე ახსენით, რატომ წარმოიქმნება მუხტი ელვისებური ჯოხის წვერზე. რა არის მისი ნიშანი?







სფეროს ზედაპირზე კონუსები ამოჭრიან პატარა სფერულ მონაკვეთებს და რომლებიც შეიძლება ბრტყლად ჩაითვალოს. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2, ან კონუსები ერთმანეთის მსგავსია, რადგან წვეროზე კუთხეები ტოლია. მსგავსებიდან გამომდინარეობს, რომ ფუძეების ფართობები დაკავშირებულია მანძილების კვადრატებად და A წერტილიდან ადგილებამდე და, შესაბამისად. ამრიგად,






ეკვიპოტენციური ზედაპირები გულის აგზნების გარკვეული მომენტისთვის ეკვიპოტენციური ზედაპირების სავარაუდო კურსი ნაჩვენებია სურათზე. ელექტრულ ველში ნებისმიერი ფორმის გამტარი სხეულის ზედაპირი არის თანაბარი პოტენციური ზედაპირი. წერტილოვანი ხაზები მიუთითებს თანაბარი პოტენციალის ზედაპირებზე, მათ გვერდით რიცხვები მიუთითებს პოტენციურ მნიშვნელობას მილივოლტებში.












ნივთიერებების დიელექტრიკული მუდმივი ნივთიერება ε ε აირები და წყლის ორთქლი აზოტი წყალბადი ჰაერი ვაკუუმი წყლის ორთქლი (t=100 ºС) ჰელიუმი ჟანგბადი ნახშირორჟანგი სითხეები თხევადი აზოტი (t= -198,4 ºС) ბენზინი წყალი თხევადი წყალბადი (t= -252, 9 ºС) თხევადი ჰელიუმი (t= -269 ºC-ზე) გლიცერინი 1,0058 1,006 1,4 1,9–2,0 81 1,2 1,05 43 თხევადი ჟანგბადი (t= -192,4 ºС) სატრანსფორმატორო ქაღალდი ვოოჰოლი სოლიდ სოლიდს მშრალი ყინული(t= –10 ºС) პარაფინის რეზინი მიკა მინა ბარიუმის ტიტანის ფაიფურის ქარვა 1.5 2.2 26 4.3 5.7 2.2 2.2–3.7 70 1.9–2.2 3.0 –6.0 5.7–7.10 6.8–






ლიტერატურა O.F. Kabardin „ფიზიკა. საცნობარო მასალები“. O.F. Kabardin „ფიზიკა. საცნობარო მასალები“. A.A. Pinsky ”ფიზიკა. სახელმძღვანელომე-10 კლასის სკოლებისთვის და კლასებისთვის ფიზიკის სიღრმისეული შესწავლით. A.A. Pinsky ”ფიზიკა. სახელმძღვანელო მე-10 კლასის სკოლებისთვის და კლასებისთვის ფიზიკის სიღრმისეული შესწავლით. G. Ya. Myakishev ”ფიზიკა. ელექტროდინამიკის გაკვეთილები. G. Ya. Myakishev ”ფიზიკა. ელექტროდინამიკის გაკვეთილები. ჟურნალი „კვანტი“. ჟურნალი „კვანტი“.



სლაიდი 2

გამტარები და დიელექტრიკები ელექტრულ ველში დამუხტულ ნაწილაკებს, რომლებსაც შეუძლიათ თავისუფლად გადაადგილება ელექტრულ ველში, ეწოდება თავისუფალი მუხტი, ხოლო მათ შემცველ ნივთიერებებს - გამტარები. გამტარები არის ლითონები, თხევადი ხსნარები და ელექტროლიტების დნება. მეტალში თავისუფალი მუხტები არის ატომების გარე გარსების ელექტრონები, რომლებმაც დაკარგეს მათთან კონტაქტი. ეს ელექტრონები, რომლებსაც თავისუფალ ელექტრონებს უწოდებენ, თავისუფლად მოძრაობენ ლითონის სხეულში ნებისმიერი მიმართულებით. ელექტროსტატიკური პირობებში, ანუ, როდესაც ელექტრული მუხტი სტაციონარულია, გამტარის შიგნით ელექტრული ველის სიძლიერე ყოველთვის ნულის ტოლია. მართლაც, თუ ვივარაუდებთ, რომ გამტარის შიგნით ჯერ კიდევ არის ველი, მაშინ ველის სიძლიერის პროპორციული ელექტრული ძალები იმოქმედებენ მასში არსებულ თავისუფალ მუხტებზე და ეს მუხტები დაიწყებენ მოძრაობას, რაც ნიშნავს, რომ ველი შეწყვეტს ელექტროსტატიკურობას. . ამრიგად, დირიჟორის შიგნით არ არის ელექტროსტატიკური ველი.

სლაიდი 3

ნივთიერებებს, რომლებშიც უფასო გადასახადი არ არის, ეწოდება დიელექტრიკები ან იზოლატორები. დიელექტრიკის ნიმუშად შეიძლება გამოდგეს სხვადასხვა აირები, ზოგიერთი სითხე (წყალი, ბენზინი, ალკოჰოლი და ა.შ.), ისევე როგორც ბევრი მყარი ნივთიერება (მინა, ფაიფური, პლექსიგლასი, რეზინი და ა. არსებობს დიელექტრიკის ორი ტიპი - პოლარული და არაპოლარული. პოლარულ დიელექტრიკულ მოლეკულაში დადებითი მუხტები უპირატესად მის ერთ ნაწილშია ("+" პოლუსი), ხოლო უარყოფითი მუხტები მეორეში ("-" პოლუსი). არაპოლარულ დიელექტრიკულში დადებითი და უარყოფითი მუხტები თანაბრად ნაწილდება მთელ მოლეკულაში. ელექტრული დიპოლური მომენტი არის ვექტორული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს დამუხტული ნაწილაკების სისტემის ელექტრულ თვისებებს (მუხტის განაწილება) მის მიერ შექმნილი ველისა და მასზე გარე ველების მოქმედების გაგებით. მუხტების უმარტივესი სისტემა, რომელსაც აქვს გარკვეული (წარმოშობის არჩევანისგან დამოუკიდებლად) არანულოვანი დიპოლური მომენტი არის დიპოლი (ორი წერტილიანი ნაწილაკი ერთი და იგივე სიდიდის საპირისპირო მუხტით)

სლაიდი 4

დიპოლის ელექტრული დიპოლური მომენტი აბსოლუტური მნიშვნელობით უდრის დადებითი მუხტის მნიშვნელობის ნამრავლს და მუხტებს შორის მანძილს და მიმართულია უარყოფითი მუხტიდან დადებითზე, ან: სადაც q არის მუხტების სიდიდე. , l არის ვექტორი, რომლის დასაწყისი უარყოფითი მუხტია და დასასრული დადებითი. N ნაწილაკების სისტემისთვის ელექტრული დიპოლური მომენტი არის: ელექტრული დიპოლური მომენტის სისტემურ ერთეულებს განსაკუთრებული სახელი არ აქვთ. SI-ში ეს არის მხოლოდ სმ. მოლეკულების ელექტრული დიპოლური მომენტი ჩვეულებრივ იზომება დებაში: 1 D = 3,33564 10−30 C m.

სლაიდი 5

დიელექტრიკული პოლარიზაცია. როდესაც დიელექტრიკი შედის გარე ელექტრულ ველში, მასში ხდება მუხტების გარკვეული გადანაწილება, რომლებიც ქმნიან ატომებს ან მოლეკულებს. ამ გადანაწილების შედეგად, დიელექტრიკული ნიმუშის ზედაპირზე ჩნდება ჭარბი არაკომპენსირებული შეკრული მუხტები. ყველა დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც ქმნის მაკროსკოპულ შეკრულ მუხტს, კვლავ მათი ატომების ნაწილია. შეკრული მუხტები ქმნიან ელექტრულ ველს, რომელიც დიელექტრიკის შიგნით მიმართულია გარე ველის ინტენსივობის ვექტორის საპირისპიროდ. ამ პროცესს დიელექტრიკული პოლარიზაცია ეწოდება. შედეგად, დიელექტრიკის შიგნით მთლიანი ელექტრული ველი აბსოლუტური მნიშვნელობით უფრო მცირეა, ვიდრე გარე ველი. ფიზიკურ რაოდენობას, რომელიც ტოლია ვაკუუმში E0 გარე ელექტრული ველის სიძლიერის მოდულის თანაფარდობას მთლიანი ველის სიძლიერის მოდულთან ერთგვაროვან დიელექტრიკულ E-ში, ეწოდება ნივთიერების გამტარობა:

სლაიდი 6

დიელექტრიკის პოლარიზაციის რამდენიმე მექანიზმი არსებობს. მთავარია ორიენტაციისა და დეფორმაციის პოლარიზაცია. ორიენტირებული ან დიპოლური პოლარიზაცია ხდება პოლარული დიელექტრიკის შემთხვევაში, რომელიც შედგება მოლეკულებისგან, რომლებშიც დადებითი და უარყოფითი მუხტების განაწილების ცენტრები ერთმანეთს არ ემთხვევა. ასეთი მოლეკულები არის მიკროსკოპული ელექტრული დიპოლები - ორი მუხტის ნეიტრალური კომბინაცია, სიდიდით თანაბარი და საპირისპირო ნიშნით, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთისგან გარკვეულ მანძილზე. მაგალითად, წყლის მოლეკულას აქვს დიპოლური მომენტი, ისევე როგორც მრავალი სხვა დიელექტრიკის (H2S, NO2 და ა.შ.) მოლეკულები. გარე ელექტრული ველის არარსებობის შემთხვევაში, მოლეკულური დიპოლების ღერძი შემთხვევით არის ორიენტირებული თერმული მოძრაობის გამო, ისე რომ დიელექტრიკულ ზედაპირზე და ნებისმიერ მოცულობის ელემენტში ელექტრული მუხტიარის საშუალოდ ნული. როდესაც დიელექტრიკი შედის გარე ველში, ხდება მოლეკულური დიპოლების ნაწილობრივი ორიენტაცია. შედეგად, დიელექტრიკის ზედაპირზე ჩნდება არაკომპენსირებული მაკროსკოპული შეკრული მუხტები, რაც ქმნის გარე ველისკენ მიმართულ ველს.

სლაიდი 7

პოლარული დიელექტრიკების პოლარიზაცია ძლიერ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე, რადგან მოლეკულების თერმული მოძრაობა დეზორიენტირების ფაქტორის როლს ასრულებს. სურათი გვიჩვენებს, რომ გარე ველში, საპირისპირო მიმართული ძალები მოქმედებენ პოლარული დიელექტრიკული მოლეკულის საპირისპირო პოლუსებზე, რომლებიც ცდილობენ მოატრიალონ მოლეკულა ველის სიძლიერის ვექტორის გასწვრივ.

სლაიდი 8

დეფორმაციის (ან ელასტიური) მექანიზმი ვლინდება არაპოლარული დიელექტრიკების პოლარიზაციის დროს, რომელთა მოლეკულებს არ გააჩნიათ დიპოლური მომენტი გარე ველის არარსებობის შემთხვევაში. ელექტრული ველის მოქმედებით ელექტრონების პოლარიზაციის დროს დეფორმირებულია არაპოლარული დიელექტრიკების ელექტრონული გარსები - დადებითი მუხტები გადაადგილებულია ვექტორის მიმართულებით, ხოლო უარყოფითი მუხტები საპირისპირო მიმართულებით. შედეგად, თითოეული მოლეკულა იქცევა ელექტრულ დიპოლად, რომლის ღერძი მიმართულია გარე ველის გასწვრივ. არაკომპენსირებული შეკრული მუხტები ჩნდება დიელექტრიკის ზედაპირზე, რაც ქმნის საკუთარ ველს, რომელიც მიმართულია გარე ველისკენ. ასე ხდება არაპოლარული დიელექტრიკის პოლარიზაცია. არაპოლარული მოლეკულის მაგალითია მეთანის CH4 მოლეკულა. ამ მოლეკულაში ოთხჯერ იონიზირებული ნახშირბადის იონი C4– განლაგებულია ჩვეულებრივი პირამიდის ცენტრში, რომლის ზედა ნაწილში არის წყალბადის იონები H+. როდესაც გარე ველი გამოიყენება, ნახშირბადის იონი გადაადგილდება პირამიდის ცენტრიდან და მოლეკულას აქვს გარე ველის პროპორციული დიპოლური მომენტი.

სლაიდი 9

მყარი კრისტალური დიელექტრიკის შემთხვევაში შეინიშნება ერთგვარი დეფორმაციული პოლარიზაცია - ეგრეთ წოდებული იონური პოლარიზაცია, რომლის დროსაც სხვადასხვა ნიშნის იონები, რომლებიც ქმნიან ბროლის გისოსს, გარე ველის გამოყენებისას, გადაადგილდებიან საპირისპირო მიმართულებით, როგორც. რის შედეგადაც შეკრული (არაკომპენსირებული) მუხტები ჩნდება ბროლის სახეებზე. ასეთი მექანიზმის მაგალითია NaCl კრისტალის პოლარიზაცია, რომელშიც Na+ და Cl– იონები ქმნიან ორ ბუდე ქველატს. გარე ველის არარსებობის შემთხვევაში, NaCl კრისტალის თითოეული ერთეული უჯრედი ელექტრულად ნეიტრალურია და არ გააჩნია დიპოლური მომენტი. გარე ელექტრულ ველში ორივე ქველატი გადაადგილებულია საპირისპირო მიმართულებით, ანუ კრისტალი პოლარიზებულია.

სლაიდი 10

ნახატი გვიჩვენებს, რომ გარე ველი მოქმედებს არაპოლარულ დიელექტრიკულ მოლეკულაზე, მოძრაობს საპირისპირო მუხტები მის შიგნით. სხვადასხვა მხარეები, რის შედეგადაც ეს მოლეკულა ხდება პოლარული დიელექტრიკული მოლეკულის მსგავსი, რომელიც ორიენტირებულია ველის ხაზების გასწვრივ. არაპოლარული მოლეკულების დეფორმაცია გარე ელექტრული ველის მოქმედებით არ არის დამოკიდებული მათ თერმულ მოძრაობაზე, ამიტომ არაპოლარული დიელექტრიკის პოლარიზაცია არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე.

სლაიდი 11

მყარი მდგომარეობის ზოლის თეორიის საფუძვლები ზოლის თეორია არის მყარი მდგომარეობის კვანტური თეორიის ერთ-ერთი მთავარი განყოფილება, რომელიც აღწერს ელექტრონების მოძრაობას კრისტალებში და წარმოადგენს საფუძველს. თანამედროვე თეორიალითონები, ნახევარგამტარები და დიელექტრიკები. ელექტრონების ენერგეტიკული სპექტრი მყარ სხეულში მნიშვნელოვნად განსხვავდება თავისუფალი ელექტრონების ენერგეტიკული სპექტრისგან (რომელიც არის უწყვეტი) ან ელექტრონების სპექტრისგან, რომლებიც მიეკუთვნებიან ცალკეულ იზოლირებულ ატომებს (დისკრეტული ხელმისაწვდომი დონის გარკვეული ნაკრებით) - ის შედგება ცალკეული დაშვებული ენერგიის ზოლებისგან. გამოყოფილია აკრძალული ენერგიის ზოლებით. ბორის კვანტური მექანიკური პოსტულატების მიხედვით, იზოლირებულ ატომში ელექტრონის ენერგიამ შეიძლება მიიღოს მკაცრად დისკრეტული მნიშვნელობები (ელექტრონს აქვს გარკვეული ენერგია და მდებარეობს ერთ-ერთ ორბიტალში).

სლაიდი 12

ქიმიური ბმის მიერ გაერთიანებული რამდენიმე ატომისგან შემდგარი სისტემის შემთხვევაში, ელექტრონული ენერგიის დონეები იყოფა ატომების რაოდენობის პროპორციულად. გაყოფის ზომა განისაზღვრება ატომების ელექტრონული გარსების ურთიერთქმედებით. სისტემის შემდგომი ზრდით მაკროსკოპულ დონეზე, დონეების რაოდენობა ხდება ძალიან დიდი და მეზობელ ორბიტალებში მდებარე ელექტრონების ენერგიების განსხვავება, შესაბამისად, ძალიან მცირეა - ენერგიის დონეები იყოფა ორ პრაქტიკულად უწყვეტ დისკრეტულ ნაწილად. - ენერგეტიკული ზოლები.

სლაიდი 13

ნახევარგამტარებსა და დიელექტრიკებში დაშვებულ ენერგეტიკულ ზოლებს შორის უმაღლესს, რომელშიც 0 K ტემპერატურაზე ყველა ენერგეტიკული მდგომარეობა დაკავებულია ელექტრონებით, ეწოდება ვალენტობის ზოლი, რასაც მოჰყვება გამტარობის ზოლი. ამ ზონების ურთიერთმოწყობის პრინციპის მიხედვით, ყველა მყარი ნივთიერება იყოფა სამ დიდ ჯგუფად: გამტარებლები - მასალები, რომლებშიც გამტარობის ზოლი და ვალენტური ზოლი გადახურულია (არ არსებობს ენერგეტიკული უფსკრული), ქმნიან ერთ ზონას, რომელსაც ეწოდება გამტარობის ზოლი. ამრიგად, ელექტრონს შეუძლია თავისუფლად იმოძრაოს მათ შორის, მიიღო რაიმე დასაშვებად მცირე ენერგია); დიელექტრიკები - მასალები, რომლებშიც ზონები არ ემთხვევა და მათ შორის მანძილი 3 ევ-ზე მეტია (ელექტრონის ვალენტობის ზოლიდან გამტარ ზოლში გადასატანად, საჭიროა მნიშვნელოვანი ენერგია, ამიტომ დიელექტრიკები პრაქტიკულად არ ატარებენ დენს); ნახევარგამტარები - მასალები, რომლებშიც ზონები ერთმანეთს არ ემთხვევა და მათ შორის მანძილი (ზოლის უფსკრული) მდგომარეობს 0,1–3 ევ დიაპაზონში (იმისთვის, რომ ელექტრონი გადავიდეს ვალენტურობის ზოლიდან გამტარ ზოლში, საჭიროა ნაკლები ენერგია, ვიდრე დიელექტრიკისთვის, ამიტომ სუფთა ნახევარგამტარები ატარებენ მცირე დენს.

სლაიდი 14

ზოლის უფსკრული (ენერგეტიკული უფსკრული ვალენტურობისა და გამტარობის ზოლებს შორის) არის ძირითადი რაოდენობა ზოლის თეორიაში და განსაზღვრავს მასალის ოპტიკურ და ელექტრულ თვისებებს. ელექტრონის გადასვლას ვალენტურობის ზოლიდან გამტარ ზოლზე ეწოდება მუხტის მატარებლების წარმოქმნის პროცესს (უარყოფითი - ელექტრონი და დადებითი - ხვრელი), ხოლო საპირისპირო გადასვლას რეკომბინაციის პროცესი.

სლაიდი 15

ნახევარგამტარები არის ნივთიერებები, რომელთა ზოლის უფსკრული არის რამდენიმე ელექტრონ ვოლტის (eV) რიგის მიხედვით. მაგალითად, ბრილიანტი შეიძლება მიეკუთვნოს ფართო უფსკრული ნახევარგამტარებს, ხოლო ინდიუმის არსენიდი - ვიწრო უფსკრულის. ბევრი ნახევარგამტარია ქიმიური ელემენტები(გერმანიუმი, სილიციუმი, სელენი, თელურიუმი, დარიშხანი და სხვა), დიდი რაოდენობით შენადნობები და ქიმიური ნაერთები (გალიუმის არსენიდი და ა.შ.). ბუნებაში ყველაზე გავრცელებული ნახევარგამტარია სილიციუმი, რომელიც დედამიწის ქერქის თითქმის 30%-ს შეადგენს. ნახევარგამტარი არის მასალა, რომელიც, თავისი გამტარობის თვალსაზრისით, იკავებს შუალედურ პოზიციას გამტარებსა და დიელექტრიკებს შორის და განსხვავდება გამტარებისგან გამტარობის ძლიერი დამოკიდებულებით მინარევების კონცენტრაციაზე, ტემპერატურასა და ექსპოზიციაზე. სხვადასხვა სახისრადიაცია. ნახევარგამტარის მთავარი თვისებაა ელექტრული გამტარობის გაზრდა ტემპერატურის მატებასთან ერთად.

სლაიდი 16

ნახევარგამტარებს ახასიათებთ როგორც გამტარების, ისე დიელექტრიკის თვისებები. ნახევარგამტარულ კრისტალებში ელექტრონებს სჭირდებათ დაახლოებით 1-2 10-19 J (დაახლოებით 1 eV) ენერგია ატომიდან გასათავისუფლებლად, 7-10 10-19 J (დაახლოებით 5 eV) დიელექტრიკებისთვის, რაც ახასიათებს მთავარ განსხვავებას. ნახევარგამტარები და დიელექტრიკები. ეს ენერგია მათში ჩნდება, როდესაც ტემპერატურა იზრდება (მაგალითად, როდესაც ოთახის ტემპერატურაზეატომების თერმული მოძრაობის ენერგეტიკული დონეა 0,4 10−19 ჯ) და ცალკეული ელექტრონები იღებენ ენერგიას ბირთვიდან დასაშორებლად. ისინი ტოვებენ ბირთვებს, ქმნიან თავისუფალ ელექტრონებს და ხვრელებს. ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება თავისუფალი ელექტრონებისა და ხვრელების რაოდენობა, შესაბამისად, ნახევარგამტარში, რომელიც არ შეიცავს მინარევებს, ელექტრული წინაღობა მცირდება. პირობითად, ჩვეულებრივ, ნახევარგამტარებად განიხილება ელემენტები, რომელთა ელექტრონის შეკვრის ენერგია 2-3 ევ-ზე ნაკლებია. გამტარობის ელექტრონული ხვრელის მექანიზმი ვლინდება შიდა (ანუ მინარევების გარეშე) ნახევარგამტარებში. მას ეწოდება ნახევარგამტარების შინაგანი ელექტროგამტარობა.

სლაიდი 17

ელექტრონის გადასვლის ალბათობა ვალენტურობის ზოლიდან გამტარ ზოლში პროპორციულია (-Еg/kT), სადაც Еg არის ზოლის უფსკრული. Еg-ის დიდი მნიშვნელობით (2-3 eV), ეს ალბათობა ძალიან მცირე აღმოჩნდება. ამრიგად, ნივთიერებების დაყოფას ლითონებად და არამეტებად აქვს კარგად განსაზღვრული საფუძველი. ამის საპირისპიროდ, არალითონების დაყოფას ნახევარგამტარებად და დიელექტრიკებად არ გააჩნია ასეთი საფუძველი და არის წმინდა თვითნებური.

სლაიდი 18

შინაგანი და მინარევის გამტარობა ნახევარგამტარებს, რომლებშიც თავისუფალი ელექტრონები და „ხვრელები“ ​​ჩნდება ატომების იონიზაციის პროცესში, საიდანაც აგებულია მთელი კრისტალი, ეწოდება ნახევარგამტარები შიდა გამტარობით. შინაგანი გამტარობის მქონე ნახევარგამტარებში თავისუფალი ელექტრონების კონცენტრაცია უდრის „ხვრელების“ კონცენტრაციას. მინარევის გამტარობა მინარევების გამტარობის მქონე კრისტალები ხშირად გამოიყენება ნახევარგამტარული მოწყობილობების შესაქმნელად. ასეთი კრისტალები მზადდება ხუთვალენტიანი ან სამვალენტიანი ქიმიური ელემენტის ატომებთან მინარევების შეყვანით.

სლაიდი 19

ელექტრონული ნახევარგამტარები (n-ტიპი) ტერმინი „n-ტიპი“ მომდინარეობს სიტყვიდან „უარყოფითი“, რომელიც მიუთითებს უმრავლესობის მატარებლების უარყოფით მუხტზე. ოთხვალენტიან ნახევარგამტარს (მაგალითად, სილიციუმს) ემატება ხუთვალენტიანი ნახევარგამტარის (მაგალითად, დარიშხანის) მინარევები. ურთიერთქმედების პროცესში თითოეული მინარევის ატომი შედის კოვალენტურ კავშირში სილიციუმის ატომებთან. თუმცა, დარიშხანის ატომის მეხუთე ელექტრონს ადგილი არ აქვს გაჯერებულ ვალენტურ ობლიგაციებში და ის იშლება და იქცევა თავისუფალში. IN ამ საქმესმუხტის გადაცემა ხორციელდება ელექტრონით და არა ხვრელით, ანუ ამ ტიპის ნახევარგამტარი ატარებს ელექტრულ დენს, როგორც ლითონები. მინარევებს, რომლებიც ემატება ნახევარგამტარებს, რის შედეგადაც ისინი გადაიქცევიან n-ტიპის ნახევარგამტარებად, ეწოდება დონორის მინარევები.

სლაიდი 20

ხვრელების ნახევარგამტარები (p-ტიპი) ტერმინი "p-ტიპი" მომდინარეობს სიტყვიდან "პოზიტიური", რაც აღნიშნავს უმრავლესობის მატარებლების დადებით მუხტს. ამ ტიპის ნახევარგამტარებს, გარდა მინარევის ბაზისა, ახასიათებს გამტარობის ხვრელი ბუნება. სამვალენტიანი ელემენტის (მაგალითად, ინდიუმის) ატომების მცირე რაოდენობა ემატება ოთხვალენტიან ნახევარგამტარს (მაგალითად, სილიციუმს). ყოველი მინარევის ატომი ამყარებს კოვალენტურ კავშირს სამ მეზობელ სილიციუმის ატომთან. მეოთხე სილიციუმის ატომთან კავშირის დასამყარებლად, ინდიუმის ატომს არ აქვს ვალენტური ელექტრონი, ამიტომ იგი იჭერს ვალენტურ ელექტრონს მეზობელ სილიციუმის ატომებს შორის კოვალენტური კავშირიდან და ხდება უარყოფითად დამუხტული იონი, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ხვრელი. . მინარევებს, რომლებიც ამ შემთხვევაში ემატება, აქცეპტორ მინარევებს უწოდებენ.

სლაიდი 21

სლაიდი 22

ფიზიკური თვისებებინახევარგამტარები ყველაზე შესწავლილია ლითონებთან და დიელექტრიკებთან შედარებით. დიდწილად, ამას ხელს უწყობს ეფექტების უზარმაზარი რაოდენობა, რომლებიც არ შეინიშნება არცერთ ნივთიერებაში, პირველ რიგში დაკავშირებულია ნახევარგამტარების ზოლის სტრუქტურასთან და საკმაოდ ვიწრო ზოლის უფსკრულის არსებობასთან. ნახევარგამტარული ნაერთები იყოფა რამდენიმე ტიპად: მარტივი ნახევარგამტარული მასალები - ფაქტობრივი ქიმიური ელემენტები: ბორი B, ნახშირბადი C, გერმანიუმი Ge, სილიციუმი Si, სელენი Se, გოგირდი S, ანტიმონი Sb, ტელურუმი Te და იოდი I. გერმანიუმი, სილიციუმი და სელენი. დანარჩენები ყველაზე ხშირად გამოიყენება როგორც დოპანტები ან რთული ნახევარგამტარული მასალების კომპონენტები. რთული ნახევარგამტარული მასალების ჯგუფში შედის ქიმიური ნაერთები, რომლებსაც აქვთ ნახევარგამტარული თვისებები და მოიცავს ორ, სამ ან მეტ ქიმიურ ელემენტს. რა თქმა უნდა, ნახევარგამტარების შესწავლის მთავარი სტიმულია ნახევარგამტარული მოწყობილობებისა და ინტეგრირებული სქემების წარმოება.

სლაიდი 23

Გმადლობთ ყურადღებისთვის!

ყველა სლაიდის ნახვა



 

შეიძლება სასარგებლო იყოს წაკითხვა: