Лекция Электр қондырғылары және қауіпсіздік техникасы жөніндегі жалпы мағлұматтар. Электротехникалық материалдар, бұйымдар және олармен жұмыс. Жоспар Электр қондырғыларын түрге бөлу
Шала өткізгіштердің электрофизикалық қасиеттері
жүктеу/скачать 4,55 Mb.
|
| Шала өткізгіштердің электрофизикалық қасиеттері.Шала өткізгіштердің меншікті кедергісі (ρ=10-3 ...105 Ом·см) тең, олметаллдардың меншікті кедергісі (ρ=10-5 ...10-8 Ом·м) мен диэлектрик меншікті кедергісі (ρ=108 ...1017 Ом·см) аралығында жатыр. Өте кең қолданысқа ие болған табиғатта көп кездесетін және арзан жартылайөткізгіш материал кремний Sі мен германий Gе.
Қатты денелер атомдардың кристалдық құрылымнан тұратыны белгілі. Мысалы: 4 валентті Sі (кремний) қарастырайық. Оның валенттік аймақта 4 электроны бар. Кристал ішінде әрбір Sі атомы айналасындағы төрт Sі (сурет-2) атомымен электрондық жұп (яғни, орталықтағы атом сыртқы атомдарға бір электроннан береді, ал олар ішкі атомға бір электрон береді) түзеді. Сөйтіп, кристал түйіндерінде орналасқан атом ядроларын сыртқы қабатта орналасқан «валенттік электрондар» айналып жүреді. Сурет-2. Кремнийдің кристалдық шілтері. Квантық физиканы зерттеген италян ғалымы Энрике Фермидің статикалық териясына жүгінетін болсақ: «энергетикалық деңгей» - деп жүйедегі әсерлеспейтін фермиондар энергиясының негізгі қалып күйінің бір элементар бөлшекке артқан күйін атайды. Бұл жүйенің абсолютік нольдік температурадағы негізгі күйінің химиялық потенциалына эквивалент. Фермидің статикалық теориясы фермиондардың өте үлкен жиынтығының, шоғырлануының мінез-құлқын немесе жүріс тұрысын түсіндіреді. Фермиондар – кез-келген материалды «қалауға арналған үш кірпіш» - электрон, нейтрон және протон болған себепті, Ферми энергетикалық деңгейінің кванттық физика үшін маңызы зор. Валенттік электрондар көршілес атомдардың әсерінен ығысып, оларға ортақ энергетикалық деңгейлерді қамтитын энергетикалық аймақтарда қозғалып жүреді. Кристалда атомдардың валенттік электрондары жүретін энергетикалық деңгейлерді қамтитын аймақты валенттік аймақ деп атайды. Қозган валенттік электрондардың жаңа энергетикалық деңгейлерін қамтитын аймақты өткізгіштік аймақ деп атайды. Өткізгіштік және валенттік аймақтардың арасында атомдардың өзара әсеріне және электронның өз атомымен әрекеттесуіне байланысты электрондар жүре алмайтын энергетикалық деңгейлер пайда болады. Осы электрондар жүре алмайтын энергетикалық деңгейлерді қамтитын аймақты тыйым салынған аймақ деп атайды. Әртүрлі материалдар үшін тыйым салынған аймақтың энергетикалық ені де әртүрлі болады. Мысалы, металдарда валенттік аймақ пен өткізгіштік аймақ ұштасып жатады (3,б-сурет), яғни тыйым салынған аймақ болмайды. Сондықтан металл атомындағы валенттік электрондар электр өрісінің әсерінен өткізгіштік аймаққа өтіп немесе тіпті өз атомын тастап басқа атомдардың энергетикалық деңгейлеріне өтіп электр тогын түзеді. Диэлектриктерде тыйым салынған аймақтың энергетикалық ені өте үлкен (3,г-сурет). Мұндай енді энергетикалық аймақты секіріп өту үшін электронға үлкен энергия жұмсау керек. Осы себепті де диэлектрик материал тесілгенге (немесе қызып, балқығанға) дейін онымен электр зарядының тасымалдануы болмайды, яғни ток жүрмейді. Сурет-3. Заттардағы энергетикалық аймактар сұлбасы: а – атаулары; б – металдар; в – жартылайөткізгіштер; г– диэлектриктер
Валенттік аймақта, кеткен электронның орнында бос энергетикалық деңгей қалады. Бұл бос энергетикалық деңгейге көршілес атомның электроны келіп орналасуы мүмкін. Сурет-4. Бос энергетикалық деңгей – кемтіктің пайда болуы және жойылуы. Олардың атом ядросымен байланысы өте әлсіз. Сондықтан кез келген сыртқы күш әсерінен (мысалы: жылу, кернеу, жарық және т.б.) электрондар әлсіз валенттік байланысты үзіп, атомдарға ортақ аймақтағы жоғарғы энергетикалық деңгейлерге өтеді. Бұл кезде заряд тасымалданады, яғни денеде электр тогы жүреді. Электрондық жұп тек екі атомға ғана тиесілі, ол екі атомның арасында қозғалады. Ал валенттік электрон олардың кез келгеніне қарай қозғала алады. Көрші атомға өткен электрон оның көршісіне ауысып, осылайша бүкіл кристал бойымен жүріп өте алады. Сондықтан валентті электрондарды тұтас кристалға тиісті деп айтуға болады жүктеу/скачать 4,55 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|