Физико-химические свойства меди и железа (стр. 2 из 2)
Задача № 3. (магнитный материал)
Рассчитать индуктивность катушки с числом витков 50 и размерами сердечника диаметром 5 мм и высотой 10 мм, выполненного из железа или углеродистой стали.
Решение: Индуктивность катушки с заданными параметрами сердечника из заданного материала рассчитывается по формуле:  |
Где -магнитная постоянная (12,6),- начальная магнитная проницаемость материала (600),
W - количество витков (50),
Sc- площадь сечения магнитного материала (см2),
lc- средняя длина магнитных силовых линий.
 |
Для расчета площади сечения воспользуемся формулой
Где D – диаметр сердечника в сантиметрах.
lc » hсерд – высота сердечника (1 см)
 |
Подставив данные в формулу, получим:
Задание 4. Зонная теория собственного полупроводника.
Полупроводники, в известном смысле, занимают промежуточное положение между традиционными проводниками и диэлектриками. С точки зрения зонной теории собственные полупроводники могут рассматриваться как диэлектрики с очень узкой запрещенной зоной. Наиболее распространенными представителями собственных полупроводников являются кристаллы кремния и германия. При сверх низких температурах такие кристаллы проявляют диэлектрические свойства, поскольку электроны оказываются неспособными преодолеть узкую запрещенную зону, отделяющую их от зоны проводимости. Однако, даже комнатных температур оказывается достаточно для того, чтобы указанный энергетический барьер оказался преодолимым для электронов. В результате частицы, перешедшие в следующую разрешенную зону (зону проводимости) приобретают способность ускоряться электрическим полем и, следовательно, переносить ток.
При переходе электрона в зону проводимости из заполненной зоны (валентной зоны) в зону проводимости в первой остается незаполненное место, которое легко может занять какой-либо электрон из той же зоны. В результате образовавшаяся вакансия приобретает возможность перемещаться в пределах валентной зоны. Ее поведение во многом напоминает поведение частицы с положительным зарядом.
Для упрощения описания ансамбля из большого числа электронов в почти заполненной валентной зоне часто оказывается более удобным следить за имеющимися вакансиями, рассматривая их как некоторые гипотетические частицы - дырки (простым гидромеханическим аналогом дырки может служить пузырек в стакане с газированным напитком). Не являющиеся реальными объектами природы дырки, часто обладают весьма экзотическими свойствами. Так их эффективная масса не обязательно должна выражаться положительным числом, а зачастую оказывается тензорной величиной. Наряду с фотонами дырки представляют собой квазичастицы, вводимые в теорию на основе аналогий с формулами, описывающими поведение реальных объектов. Подобно положительным частицам дырки ускоряются электрическим полем и вносят свой вклад в проводимость полупроводниковых кристаллов.
Отметим, что электроны проводимости так же являются квазичастицами. С точки зрения квантовой механики все электроны кристалла являются принципиально неразличимыми, что делает бессмысленными попытки ответа на вопрос, какой именно электрон перешел в зону проводимости. Электрический ток в кристалле обусловлен весьма сложным поведением всех без исключения имеющихся в нем электронов. Однако описывающие это поведение уравнения обнаруживают близкое сходство с уравнениями движения лишь очень небольшого числа заряженных частиц - электронов и дырок.
Наряду с полупроводниками с собственной проводимостью существуют примесные полупроводники. Последние получают внедрением в кристаллы собственных полупроводников (состоящих из атомов четырехвалентных элементов) примесей из трех или пяти валентных атомов (донорные и акцепторные примеси соответственно). Из-за малых концентраций атомов примесей их энергетически уровня в зоны не расщепляются. В результате оказывающиеся на примесных уровнях электроны и дырки не обладают подвижностью. С точки зрения энергетической схемы не участвующий в образовании валентных связей пятый электрон атома донорной примеси оказывается на уровне в непосредственной близости от зоны проводимости и легко переходит в эту зону. Образующаяся при этом дырка оказывается локализованной вблизи атома примеси. Т.о. в примесных полупроводниках донорного типа преимущественно реализуется электроный характер проводимости. В полупроводниках с акцепторной примесью ситуация оказывается точно противоположной. Атом третьей группы захватывает недостающий для образования химической связи электрон у четырехвалентных соседей. В результате в валентной зоне возникают подвижные дырки, являющиеся носителями зарядов в таких системах.
При контакте примесных полупроводников с электронной и дырочной проводимостью возникает пограничный слой, обладающий выпрямительными свойствами - т.н. p-n - переход. В настоящее время полупроводниковые выпрямители практически вытеснили их электровакуумные аналоги.
Два p-n - перехода, разделенных узким полупроводниковым промежутком с примесной проводимостью образуют транзистор - простейшую полупроводниковую структуру, обладающую усилительными свойствами.
Список использованной литературы:
1. Н.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев. Электротехнические материалы, 1977г.;
2. Р.М.Терещук, К.М. Терещук, С.А. Седов. Полупроводниковые Приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя, 1989г.;
3. П. Эткинс. Молекулы, 1991г.;
4. Н.Н. Калинин и др. Электрорадиоматериалы, 1981г.