Présentation de téléchargement du courant électrique dans les métaux. Physique générale

Électricité dans les métaux Svetlana Nikolaevna Savvateeva, professeur de physique à l'école secondaire Kemetskaya, district de Bologovsky, région de Tver. AUJOURD'HUI EN CLASSE Le secret devient clair. Que se cache-t-il derrière le concept de « Porteurs de courant dans les métaux » ? Quelles sont les difficultés théorie classique conductivité électrique des métaux ? Pourquoi les lampes à incandescence grillent-elles ? Pourquoi brûlent-ils lorsqu'ils sont allumés ? Comment perdre de la résistance ? RÉPÉTONS

• Qu’est-ce que le courant électrique ?
• Quelles sont les conditions d’existence du courant ?
• Quels effets du courant connaissez-vous ?
• Quelle est la direction du courant ?
• Quelle valeur détermine l’intensité du courant dans un circuit électrique ?
• Quelle est l'unité du courant ?
• De quelles grandeurs dépend le courant ?
• Quelle est la vitesse de propagation du courant dans un conducteur ?
• Quelle est la vitesse de déplacement ordonné des électrons ?
• La résistance dépend-elle du courant et de la tension ?
• Comment la loi d'Ohm est-elle formulée pour une section de chaîne et pour une chaîne complète ?

CONDUCTIVITÉ ÉLECTRIQUE DE DIVERSES SUBSTANCES

Mandelstam et Papaleksi (1913)

Stewart et Tolman (1916)

Dans le sens du courant -< 0

D'après I J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) ce sont des électrons !

L'expérience de Rikke (allemand) – Année 1901 ! M = const, ce ne sont pas des ions !

NATURE DES PORTEURS DE CHARGES DANS LES MÉTAUX

Le courant électrique dans les métaux est le mouvement dirigé des électrons.

Théorie de la conductivité électrique des métaux

P. Druse, 1900 :

• électrons libres – « gaz électronique » ;
• les électrons se déplacent conformément aux lois de Newton ;
• les électrons libres entrent en collision avec les ions cristallins. grilles;
• lors d'une collision, les électrons transfèrent leur énergie cinétique aux ions ;
• la vitesse moyenne est proportionnelle à la tension et donc à la différence de potentiel ;

R = f (ρ, l, s, t)

thermomètres à résistance

Avantages : Permet de mesurer des températures très basses et très élevées.

supraconductivité Mercure dans l'hélium liquide

L'explication est basée sur la théorie quantique.

D. Bardeen, L. Cooper, D. Schrieffer (américain) et

N. Bogolyubov (étudiant soviétique en 1957)

Application de la supraconductivité !

• obtenir des courants et des champs magnétiques élevés ;
• transport d'électricité sans perte.

Essai de contrôle

• Comment les électrons libres se déplacent-ils dans les métaux ?
R. Dans un ordre strictement défini. B. Désordonné. B. Ordonné.
• Comment les électrons libres se déplacent-ils dans les métaux sous l’influence d’un champ électrique ?
R. Désordonné. B. Ordonné. B. Ordonné dans la direction du champ électrique. D. Commandé dans la direction opposée au champ électrique.
• .Quelles particules se trouvent sur les sites du réseau cristallin des métaux et quelle charge ont-elles ?
A. Ions négatifs. B. Électrons. B. Ions positifs.
• Quel effet du courant électrique est utilisé dans les lampes électriques ?
A. Magnétique. B. Thermique. B. Chimique. G. Léger et thermique.
• Le mouvement de quelles particules est considéré comme la direction du courant dans un conducteur ?
A. Électronov. B. Ions négatifs. B. Charges positives.
• Pourquoi les métaux s’échauffent-ils lorsqu’un courant les traverse ?
A. Les électrons libres entrent en collision les uns avec les autres. B. Les électrons libres entrent en collision avec les ions. B. Les ions entrent en collision avec les ions.
• Comment la résistance des métaux change-t-elle lorsqu’ils sont refroidis ?
A. Augmente. B. Diminue. B. Ne change pas. 1.B.2.G. 3.B. 4.G. 5.B. 6.B. 7.B.

RÉSOUDRE DES PROBLÈMES

1. La résistance électrique du filament de tungstène d'une lampe électrique à une température de 23°C est de 4 Ohms.

Trouver la résistance électrique du fil à 0°C.

(Réponse : 3,6 ohms)

2. La résistance électrique d'un filament de tungstène à 0°C est de 3,6 ohms. Trouver la résistance électrique

A une température de 2700 K.

(Réponse : 45,5 ohms)

3. La résistance électrique d'un fil à 20 °C est de 25 Ohms, à une température de 60°C elle est de 20 Ohms. Trouver

Coefficient de température de la résistance électrique.

Conférencier : Ph.D. Sc., professeur agrégé
Veretelnik Vladimir Ivanovitch

Courant électrique dans les métaux

1.
2.
3.
4.
5.
Expérience Tolman-Stewart.
Théorie classique de la conduction
métaux - Théorie de Drude-Lorentz.
La loi d'Ohm et la loi de Joule-Lenz de
théorie classique de la conductivité électrique.
Supraconductivité.
Transition électron-trou.
Transistors.

Courant électrique dans les métaux

Le courant électrique dans les métaux est
mouvement ordonné des électrons sous
action d'un champ électrique.
La preuve la plus convaincante
la nature électronique du courant dans les métaux était
obtenu dans des expériences avec l'inertie électronique
(L'expérience de Tolman et Stewart).
Bobine avec un grand nombre de tours de mince
le fil était entraîné en rotation rapide
autour de son axe.
La bobine se termine par des fils flexibles
étaient attachés au sensible
galvanomètre balistique.

Courant électrique dans les métaux

Bobine non tordue brusquement
a ralenti et un problème est apparu dans la chaîne
courant à court terme dû à
inertie des porteurs de charge.
La charge totale circulant dans le circuit est
mesuré par chute d'aiguille
galvanomètre.

Courant électrique dans les métaux

Lors du freinage de la bobine rotative pour chaque
le porteur de charge e agit comme une force de freinage, qui
joue le rôle d'une force extérieure, c'est-à-dire une force
origine non électrique.
Force externe par unité de charge, selon
la définition est l'intensité du champ Est
forces tierces :
Par conséquent, dans le circuit lorsque la bobine freine
la force électromotrice apparaît :

Courant électrique dans les métaux

où l est la longueur du fil de la bobine. Pendant le freinage
bobine, une charge q circulera dans le circuit égale à :
Ici I est la valeur instantanée du courant dans la bobine, R est
résistance totale du circuit, υ0 – linéaire initiale
vitesse du fil.
D'où la redevance spécifique e/m des courants porteurs gratuits
en métaux est égal à :
Selon les données modernes, le module de charge électronique
(charge élémentaire) est égale à

Courant électrique dans les métaux

Frais spécifiques
Bonne conductivité électrique des métaux
en raison de la forte concentration
électrons libres, égaux dans l'ordre
quantités pour le nombre d’atomes par unité de volume.
Hypothèse sur le type de courant électrique
dans les métaux, les électrons sont responsables, est apparu
beaucoup avant les expériences Tolman et Stewart.
En 1900, le scientifique allemand P. Drude
base de l'hypothèse de l'existence de la liberté
les électrons dans les métaux ont créé l'électron
théorie de la conductivité des métaux.

Courant électrique dans les métaux

Cette théorie a été développée dans les travaux du néerlandais
physique par H. Lorentz et est appelé classique
théorie électronique.
Selon cette théorie, les électrons des métaux se comportent
comme un gaz d'électrons, un peu comme un gaz parfait
gaz.
Le gaz électronique remplit l'espace entre les ions,
former un réseau cristallin métallique
En raison de l'interaction avec les ions, les électrons peuvent
ne quittez le métal qu'en surmontant ce qu'on appelle
barrière potentielle.
La hauteur de cette barrière est appelée fonction de travail.
Aux températures ordinaires (ambiantes), les électrons ne
assez d'énergie pour surmonter le potentiel
barrière.

Courant électrique dans les métaux

Selon la théorie Drude-Lorentz,
les électrons ont la même moyenne
l'énergie du mouvement thermique, ainsi que
molécules idéales monatomiques
gaz
Cela nous permet d'estimer la moyenne
vitesse du mouvement thermique
électrons selon les formules de la théorie de la cinétique moléculaire.
A température ambiante, il
s'avère être approximativement égal à 105 m/s.

Courant électrique dans les métaux

Lors de l'application externe
champ électrique dans
conducteur métallique sauf
mouvement thermique des électrons
leur infirmier apparaît
mouvement (dérive), c'est-à-dire
électricité.

Courant électrique dans les métaux

Estimation de la vitesse de dérive
montre que pour le métal
conducteur d'une section de 1 mm2, le long duquel
un courant de 10 A circule, cette valeur se situe dans
entre 0,6 et 6 mm/s.
Donc la vitesse moyenne
mouvement ordonné des électrons dans
conducteurs métalliques pour beaucoup
ordres de grandeur en moins vitesse moyenne leur
mouvement thermique.

Courant électrique dans les métaux

La faible vitesse de dérive ne contredit pas
le fait expérimental que le courant dans tout le circuit
DC est installé pratiquement
immédiatement.
La fermeture du circuit provoque la propagation
champ électrique avec une vitesse c = 3·108 m/s.
Au bout d'un temps de l'ordre de l/s (l est la longueur de la chaîne)
un fixe est installé le long de la chaîne
distribution du champ électrique et dedans
un mouvement ordonné commence
des électrons.

Courant électrique dans les métaux

Dans la théorie électronique classique des métaux
on suppose que le mouvement des électrons
obéit aux lois de la mécanique de Newton.
Cette théorie néglige l'interaction
électrons entre eux et leur interaction
avec des ions positifs sont réduits seulement à
collisions.
On suppose également que pour chaque
collision, l'électron est transféré au réseau tout
l'énergie accumulée dans le champ électrique et
donc après la collision il démarre
mouvement avec une vitesse de dérive nulle.

Courant électrique dans les métaux

Bien que toutes ces hypothèses soient
très proche, électronique classique
la théorie explique qualitativement les lois de l'électricité
courant dans les conducteurs métalliques.
La loi d'Ohm. Dans l'intervalle entre les collisions sur
l'électron agit sur une force égale en magnitude eE à
En conséquence, il gagne en accélération
Par conséquent, à la fin du parcours libre, la dérive
la vitesse des électrons est

Courant électrique dans les métaux

où τ est le temps de trajet gratuit,
qui, pour simplifier les calculs
on suppose que c'est pareil pour tout le monde
des électrons.
Vitesse de dérive moyenne
égal à la moitié du maximum
valeurs:

Courant électrique dans les métaux

Considérons un conducteur de longueur l et de section S avec
concentration électronique n.
Le courant dans un conducteur peut s’écrire :
où U = El est la tension aux extrémités du conducteur.
La formule résultante exprime la loi d'Ohm pour
conducteur métallique.
Résistance électrique du conducteur
équivaut à:

Courant électrique dans les métaux

Résistivité ρ et spécifique
conductivité σ sont exprimés
ratios :
Loi Joule-Lenz. À la fin
libre parcours des électrons
acquis sous l'influence du terrain
énergie cinétique

Courant électrique dans les métaux

Selon les hypothèses faites,
toute cette énergie est transférée au réseau lorsque
collision et se transforme en chaleur.
Pendant le temps Δt, chaque électron
subit des collisions Δt/τ.
Dans un conducteur de section S et de longueur l
il y a des électrons nSl.
Il s'ensuit que ce qui est alloué dans
conducteur pendant le temps Δt chauffer est égal à :

Courant électrique dans les métaux

Ce rapport exprime
Loi Joule-Lenz.
Ainsi, l'électronique classique
la théorie explique l'existence
résistance électrique des métaux,
Lois d'Ohm et de Joule-Lenz.
Cependant, dans un certain nombre de questions, le classique
la théorie des électrons mène à des conclusions
en conflit avec l'expérience.

Courant électrique dans les métaux

Cette théorie ne peut pas, par exemple, expliquer pourquoi
capacité thermique molaire des métaux, ainsi que molaire
la capacité thermique des cristaux diélectriques est de 3R,
où R est la constante universelle des gaz (loi
Dulong et Petit.)
La théorie classique des électrons ne peut pas non plus
expliquer la dépendance à la température de certains
résistance du métal.
La théorie donne
tandis que de l'expérience
la dépendance ρ ~ T est obtenue.
Cependant, l’exemple le plus frappant de la divergence entre théorie et
les expériences sont la supraconductivité.

Courant électrique dans les métaux

À un certain moment
température Tcr, différente pour différents
substances, résistivité
diminue brusquement jusqu'à zéro.
La température critique du mercure est
4,1 K, aluminium 1,2 K, étain 3,7 K.
La supraconductivité n'est pas observée
seulement pour les éléments, mais aussi pour de nombreux
composés chimiques et alliages.

Courant électrique dans les métaux

Par exemple, un composé de niobium avec de l'étain
(Ni3Sn) a une température critique
18 K.
Certaines substances qui traversent
basses températures en supraconducteur
état, ne sont pas conducteurs
à des températures normales.
En même temps tellement "bon"
les conducteurs comme le cuivre et l'argent ne le sont pas
deviennent supraconducteurs lorsque
basses températures.

Courant électrique dans les métaux

Substances supraconductrices
l'état a
propriétés exceptionnelles.
Presque le plus important d'entre eux
eux, c'est la capacité
longtemps (plusieurs années)
maintenir sans atténuation
courant électrique excité dans
circuit supraconducteur.

Courant électrique dans les métaux

La théorie classique des électrons n’est pas
est capable d'expliquer le phénomène
supraconductivité. Explication
le mécanisme de ce phénomène a été donné
seulement 60 ans après sa découverte
basé sur la mécanique quantique
représentations.
Intérêt scientifique pour la supraconductivité
augmenté à mesure que de nouveaux étaient découverts
matériaux avec plus haut
températures critiques.

Courant électrique dans les métaux

Un pas important dans cette direction a été réalisé en
1986, lorsqu'on a découvert qu'un complexe
connexion céramique Tcr = 35 K.
Déjà en 1987, les physiciens ont pu créer
de nouvelles céramiques avec une température critique de 98 K,
dépassant la température de l'azote liquide (77 K).
Le phénomène de transition des substances en supraconductrices
état à des températures dépassant la température
le point d'ébullition de l'azote liquide était appelé
supraconductivité à haute température.
En 1988, une connexion céramique est créée sur
basé sur les éléments Tl – Ca – Ba – Cu – O avec critique
température 125K.
Il convient de noter que jusqu'à présent, le mécanisme
céramique supraconductrice à haute température
les matériaux ne sont pas entièrement compris.

1.
2.
3.
4.
La différence qualitative entre les semi-conducteurs et
les métaux
Mécanisme à trou électronique
conductivité pure et non altérée
semi-conducteurs.
Conductivité électronique et des trous
semi-conducteurs à impuretés. Donateur et
impuretés accepteurs.
Transition électron-trou.
Diode semi-conductrice. Transistor.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Les semi-conducteurs comprennent
de nombreux éléments chimiques (germanium,
silicium, sélénium, tellure, arsenic, etc.),
un grand nombre d'alliages et
composants chimiques.
Presque toutes les substances inorganiques
Le monde autour de nous -
semi-conducteurs.
Le plus commun dans la nature
le silicium est un semi-conducteur
représentant environ 30% la croûte terrestre.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Différence qualitative
semi-conducteurs à partir de métaux
se manifeste principalement dans
spécifique
résistance à la température.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Ce déroulement de la dépendance ρ(T) montre que
que les semi-conducteurs ont une concentration
pas de transporteurs gratuits
reste constant mais augmente avec
température croissante.
Considérons ce mécanisme qualitativement
en prenant l'exemple du germanium (Ge).
Dans un cristal de silicium (Si), le mécanisme
similaire.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Les atomes de germanium ont quatre faibles
électrons liés dans la coque externe.
On les appelle des électrons de valence.
Dans un réseau cristallin, chaque atome
entouré de quatre voisins les plus proches.
Liaison entre atomes dans un cristal de germanium
est covalent, c'est-à-dire qu'il est réalisé
paires d'électrons de valence.
Chaque électron de valence appartient à deux
atomes.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Électrons de Valence dans un cristal de germanium
beaucoup plus fortement lié aux atomes que dans
les métaux
Par conséquent, la concentration électronique
conductivité à température ambiante dans
les semi-conducteurs sont plusieurs ordres de grandeur plus petits,
que les métaux.
Près zéro absolu températures dans
Dans un cristal de germanium, tous les électrons sont occupés
formation de connexions.
Un tel cristal de courant électrique ne
mène.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Liaisons paires-électrons dans un cristal
germanium et la formation d'une paire électron-trou.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

À mesure que la température augmente, certains
certains électrons de valence peuvent
obtenir assez d'énergie pour
rompre les liaisons covalentes.
Ensuite, les gratuits apparaîtront dans le cristal
électrons (électrons de conduction).
En même temps, dans les endroits où les connexions sont rompues
des postes vacants sont créés et ne sont pas pourvus
des électrons.
Ces postes vacants sont appelés
"des trous".

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Le poste vacant peut être comblé
électron de valence du voisin
paires, alors le trou se déplace vers
une nouvelle place dans le cristal.
Si un semi-conducteur est placé dans
champ électrique, puis dans un champ ordonné
le mouvement implique non seulement
des électrons libres, mais aussi des trous,
qui se comportent positivement
particules chargées.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Par conséquent, le courant I dans le semi-conducteur
se compose d'une entrée électronique et
courants IP des trous :
I = Entrée + IP.
Mécanisme à trou électronique
la conductivité apparaît uniquement
en pur (c'est-à-dire sans impuretés)
semi-conducteurs. On l'appelle
propre électrique
conductivité des semi-conducteurs.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

S'il y a des impuretés
conductivité électrique des semi-conducteurs
change beaucoup.
Par exemple, ajouter des impuretés de phosphore à
cristal de silicium en quantité de 0,001
le pourcentage atomique réduit la spécificité
résistance de plus de cinq
ordres de grandeur.
Une telle influence des impuretés peut
être expliqué sur la base de ce qui précède
ci-dessus des idées sur la structure
semi-conducteurs.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Une condition nécessaire pour être pointu
Réduire la résistivité
semi-conducteur lors de l'introduction d'impuretés
est la différence de valence des atomes
impuretés de la valence du principal
atomes du cristal.
Conductivité des semi-conducteurs à
la présence d'impuretés est appelée
conductivité des impuretés.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Il existe deux types d'impuretés
conductivité – électronique et
conductivité du trou.
Conductivité électronique
se produit lorsqu'un cristal
germanium avec tétravalent
atomes introduits pentavalents
atomes (par exemple, les atomes d'arsenic,
Comme).

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Les quatre électrons de valence de l'atome d'arsenic
inclus dans la formation de liaisons covalentes avec
quatre atomes de germanium voisins.
Le cinquième électron de valence s’est avéré redondant.
Il se détache facilement de l'atome d'arsenic et
devient libre.
Un atome qui a perdu un électron devient
ion positif situé sur le site
réseau cristallin.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Une impureté d'atomes avec valence,
dépassant la valence des atomes principaux
le cristal semi-conducteur est appelé
mélange donneur.
Suite à son introduction dans le cristal
il existe un nombre important de services gratuits
des électrons.
Cela conduit à une forte diminution de la spécificité
résistance des semi-conducteurs - en milliers et
même des millions de fois.
Résistivité du conducteur avec
une teneur élevée en impuretés peut
résistivité d'approche
conducteur métallique.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Une telle conductivité
conditionné par la gratuité
les électrons sont appelés
électronique, mais un semi-conducteur,
posséder des appareils électroniques
la conductivité est appelée
semi-conducteur de type n.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

La conduction des trous se produit lorsque
cristal de germanium introduit trivalent
atomes (par exemple, atomes d'indium, In).

Courant électrique dans les semi-conducteurs

En figue. montre l'atome d'indium créé avec
en utilisant leurs électrons de valence
liaisons covalentes avec seulement trois voisins
atomes de germanium.
Pour former un lien avec le quatrième atome
germanium l'atome d'indium n'a pas d'électron.
Cet électron manquant pourrait être
capturé par un atome d'indium à partir d'une liaison covalente
atomes de germanium voisins.
Dans ce cas, l'atome d'indium se transforme en
ion négatif situé sur le site
réseau cristallin, et dans un environnement covalent
liaisons entre atomes voisins, une lacune se forme.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Un mélange d'atomes capables de capturer
électrons, appelés accepteurs
impureté.



À la suite de l’introduction d’une impureté acceptrice dans
cristal, de nombreuses liaisons covalentes sont rompues
des connexions et des postes vacants (trous) se forment.
Les électrons peuvent sauter vers ces endroits depuis
liaisons covalentes voisines, ce qui conduit à
errance chaotique des trous à travers le cristal.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Concentration de trous dans un semi-conducteur avec
impureté accepteur de manière significative
dépasse la concentration d'électrons, ce qui
est apparu en raison de son propre mécanisme
conductivité électrique d'un semi-conducteur : np >> nn.
Ce type de conductivité est appelé
conductivité du trou.
Semi-conducteur d'impuretés avec trou
la conductivité est appelée semi-conducteur
type p.
Les principaux transporteurs gratuits en
les semi-conducteurs de type p sont des trous.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Il convient de souligner que le trou
conductivité en réalité
en raison du mouvement du relais
par des postes vacants d'un atome de germanium à
d'autres électrons qui
faire une liaison covalente.
Pour les semi-conducteurs de type n et p, la loi
Ohm est effectué dans certains
plages de courant et de tension à
condition de concentrations constantes
médias libres.

Dans la technologie électronique moderne
les appareils à semi-conducteurs jouent
rôle exceptionnel.
Au cours des trois dernières décennies, ils ont presque
aspirateur électrique complètement remplacé
dispositifs.
Tout dispositif semi-conducteur a
un ou plusieurs trous électroniques
transitions.
Une jonction électron-trou (ou jonction n – p) est la région de contact entre deux
semi-conducteurs de différents types
conductivité.

Transition électron-trou. Transistor

Lorsque deux semi-conducteurs n- et
p-types, le processus de diffusion commence :
les trous de la région p se déplacent vers la région n, et les électrons, au contraire, de la région n vers la région p.
En conséquence, dans la région n proche de la zone
la concentration de contact diminue
électrons et apparaît positivement
couche chargée.
Dans la région p, la concentration diminue
trous et se produit négativement
couche chargée.

Transition électron-trou. Transistor

Ainsi, à la frontière du semi-conducteur
une double couche électrique est formée,
dont le champ électrique empêche
processus de diffusion d'électrons et de trous
l'un envers l'autre

Transition électron-trou. Transistor

La jonction n – p a un étonnant
propriété d'un côté
conductivité.
Si un semi-conducteur avec une jonction n – p
connecté à une source de courant afin que
pôle positif de la source
connecté à la région n, et
négatif – avec région p, alors
intensité de champ dans la couche de blocage
augmente.

Transition électron-trou. Transistor

Les trous dans la région p et les électrons dans la région n s'éloigneront de la jonction n – p, augmentant ainsi
concentrations de porteurs minoritaires dans
couche barrière.
Le courant traversant la jonction n – p n'est pratiquement pas
à venir.
La tension appliquée à la jonction n – p dans
Ce cas est appelé l'inverse.

Transition électron-trou. Transistor

Inverse très mineure
le courant n'est dû qu'au sien
conductivité
matériaux semi-conducteurs,
c'est-à-dire la présence d'un petit
concentrations de libre
électrons dans la région p et trous dans
n-régions.

Transition électron-trou. Transistor

Si la jonction n – p est connectée à
source pour qu'elle soit positive
le pôle de la source était connecté à la région p et le pôle négatif à la région n, alors la tension
champ électrique dans la couche de blocage
diminuera, ce qui rend les choses plus faciles
transition des principaux transporteurs à travers
couche de contact.

Transition électron-trou. Transistor

Trous de la région p et électrons de
n-régions, se déplaçant les unes vers les autres
ami, traversera la jonction n – p, créant un courant dans le sens direct
direction.
L'intensité du courant traversant la jonction n – p dans ce
le cas augmentera avec
augmentation de la tension source.

Transition électron-trou. Transistor

La capacité d'une jonction n – p à passer
le courant n'est pratiquement que dans un
la direction est utilisée dans les appareils,
qui sont appelés
diodes semi-conductrices.
Diodes semi-conductrices
fabriqué à partir de cristaux de silicium
ou en Allemagne.
Lors de leur fabrication, un cristal de tout type de conductivité est fondu dans
mélange fournissant un autre type
conductivité.

Transition électron-trou. Transistor

Courant-tension typique
caractéristiques de la diode au silicium

Transition électron-trou. Transistor

Les dispositifs à semi-conducteurs ne sont pas
un, mais avec deux jonctions n – p
sont appelés transistors.
Les transistors sont de deux types :
Transistors p – n – p et transistors n – p – n.

Transition électron-trou. Transistor

Par exemple, un transistor au germanium
Le type p–n–p est
petite plaque de germanium
avec une impureté donneuse, c'est-à-dire provenant de
semi-conducteur de type n.
Cet enregistrement crée deux
les zones avec une impureté acceptrice,
c'est-à-dire les zones avec un trou
conductivité.

Transition électron-trou. Transistor

Dans un transistor de type n – p – n, le principal
la plaque de germanium a
conductivité de type p, et celles créées sur
Il existe deux régions avec une conductivité de type n.
La plaque du transistor s'appelle la base
(B), une des zones avec
type de conductivité opposé
– collecteur (K), et le second –
émetteur (E).

Transition électron-trou. Transistor

1.
2.
3.
4.
Électrolytes. Porteurs de charge dans
électrolytes.
Électrolyse. Électrolytique
dissociation.
Loi de Faraday pour l'électrolyse.
La loi combinée de Faraday pour
électrolyse.

Courant électrique dans les électrolytes

Les électrolytes sont communément appelés
diriger des médias dans lesquels
flux de courant électrique
accompagné d'un transfert
substances.
Transporteurs de charges gratuites en
les électrolytes sont
positif et négatif
ions chargés.

Courant électrique dans les électrolytes

Les principaux représentants
électrolytes largement utilisés dans
la technologie sont des solutions aqueuses
acides inorganiques, sels et
terrains.
Passage du courant électrique à travers
l'électrolyte s'accompagne de la libération
substances sur les électrodes.
Ce phénomène est appelé
électrolyse.

Courant électrique dans les électrolytes

Courant électrique dans les électrolytes
représente le mouvement des ions des deux
signes dans des directions opposées.
Les ions positifs se déplacent vers
électrode négative (cathode),
ions négatifs à positifs
électrode (anode).
Des ions des deux signes apparaissent dans l'eau
solutions de sels, d'acides et d'alcalis dans
à la suite de la division d'une partie du neutre
molécules.
Ce phénomène est appelé électrolytique
dissociation.

Courant électrique dans les électrolytes

Par exemple, le chlorure de cuivre CuCl2
se dissocie en solution aqueuse en
ions cuivre et chlore :
Lors de la connexion des électrodes à
source de courant ions sous l'influence
le champ électrique commence
mouvement ordonné :
les ions cuivre positifs se déplacent vers
cathode et chargée négativement
ions chlore - à l'anode.

Courant électrique dans les électrolytes

En atteignant la cathode, les ions cuivre sont neutralisés
électrons cathodiques en excès et
se transformer en atomes neutres
déposé sur la cathode.
Les ions chlore, atteignant l'anode, dégagent
un électron.
Après cela, les atomes de chlore neutres
se combiner par paires pour former des molécules
chlore Cl2.
Le chlore est libéré à l'anode sous forme de bulles.

Courant électrique dans les électrolytes

La loi de l'électrolyse a été expérimentalement
établi par le physicien anglais M. Faraday en
1833.
La loi de Faraday détermine les quantités
produits primaires déversés dans
électrodes pendant l'électrolyse :
Masse m de substance rejetée sur
électrode, est directement proportionnelle à la charge Q,
passé à travers l'électrolyte :
m = kQ = kIt.
La valeur k est dite électrochimique
équivalent.

Courant électrique dans les électrolytes

Masse de substance libérée sur l'électrode
égale à la masse de tous les ions arrivant à
électrode:
Ici m0 et q0 sont la masse et la charge d'un ion,
– nombre d'ions arrivant à l'électrode à
faire passer la charge Q à travers l’électrolyte.
Ainsi, l'équivalent électrochimique
k est égal au rapport de la masse m0 d'un ion donné
substance à sa charge q0.

Courant électrique dans les électrolytes

Puisque la charge d’un ion est égale au produit
valence de la substance n sur
charge élémentaire e (q0 = ne), alors
expression pour électrochimique
l'équivalent de k peut s'écrire :
F = eNA – constante de Faraday.
F = eNA = 96485 C/mol.

Courant électrique dans les électrolytes

Constante de Faraday numériquement
égal à la charge requise
passer à travers l'électrolyte pour
décharge sur l'électrode d'un
mole de substance monovalente.
Loi de Faraday pour l'électrolyse
prend la forme :

Questions de contrôle

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Porteurs de charge dans les métaux.
Brèves informations sur la théorie classique
conductivité des métaux (théorie de Drude-Lorentz).
Loi d'Ohm issue de la théorie classique (bref
conclusion).
Loi Joule-Lenz de la théorie classique
conductivité (brève conclusion).
Quels problèmes physiques ne peuvent pas être expliqués
théorie classique de la conductivité des métaux.
Brèves informations sur la supraconductivité.

Questions de contrôle

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Électrons et trous. Comment se forment-ils en pur
semi-conducteurs ?
Mécanisme de conduction des semi-conducteurs purs.
Semi-conducteurs donneurs et accepteurs.
Mécanisme de conduction des semi-conducteurs à impuretés.
Comment implémenter l'électron et le trou
conductivité dans les semi-conducteurs.
Qu’est-ce qu’une transition électron-trou ?
Expliquez pourquoi la transition électron-trou
peut redresser le courant alternatif.
Transistor.

Questions de contrôle

Dans quels porteurs de charges se trouvent les porteurs de charges
des électrolytes ?
2. Que sont les électrolytes ? Ce qui s'est passé
dissociation électrolytique ?
3. Loi de Faraday pour l'électrolyse.
4. Loi unie de l'électrolyse
Faraday.

1 diapositive

Courant électrique dans les métaux. Établissement d'enseignement municipal Belyaeva Tatyana Vasilievna "École secondaire de Vysokoyarsk" Région de Tomsk

2 diapositives

La figure 1 montre symboles, utilisés dans les diagrammes. Par quel numéro sont-ils désignés par.... Je croise des fils ?. Clé II ? III cloche électrique ? Fusible IV ? V connexion filaire? VI consommateurs d’électricité ?

3 diapositives

De quelles parties se compose le circuit électrique illustré sur la figure ? 1. Élément, interrupteur, lampe, fils. 2. Batterie d'éléments, cloche, interrupteur, fils. 3. Batterie d'éléments, lampe, interrupteur, fils.

4 diapositives

Pourquoi le voyant de travail du premier circuit ne s'allume-t-il pas lorsque la clé est fermée ? (Fig. 1) Pourquoi la cloche du deuxième circuit ne sonne-t-elle pas lorsque le circuit est fermé ? (Fig.2)

5 diapositives

Où placer la source de courant pour que lorsque la clé K1 est fermée, la cloche sonne, et lorsque la clé K2 est fermée, la lampe s'allume ? (Fig.3)

6 diapositives

Précautions de sécurité : lorsque vous travaillez avec des circuits électriques, vous devez respecter les règles de sécurité. Il est inacceptable de toucher les conducteurs exposés, les sections défectueuses du circuit et les pôles de la source.

7 diapositives

Comment éviter les effets du courant électrique si vous touchez accidentellement un appareil électrique sous tension ? Cela nécessite une mise à la terre, car la terre est un conducteur et, en raison de sa taille énorme, peut contenir une charge importante. De quels matériaux est faite la mise à la terre ? La mise à la terre est en métal. Nous expliquerons pourquoi ces substances sont préférées après avoir étudié le nouveau sujet « Courant électrique dans les métaux ». Écrivez le sujet de la leçon dans votre cahier.

8 diapositives

Qu'appelle-t-on métal ? La plus célèbre des premières définitions du métal a été donnée au milieu du XVIIIe siècle par M.V. Lomonossov : « Le métal est un corps léger qui peut être forgé. Il n’existe que six corps de ce type : l’or, l’argent, le cuivre, l’étain, le fer et le plomb. Deux siècles et demi plus tard, on en sait beaucoup plus sur les métaux. Plus de 75 % de tous les éléments du tableau de D.I. Mendeleev sont des métaux, et trouver une définition absolument précise des métaux est une tâche presque désespérée.

Diapositive 9

Rappelons la structure des métaux. Le modèle d'un métal est un réseau cristallin, aux nœuds duquel les particules effectuent un mouvement oscillatoire chaotique.

10 diapositives

Il y a donc des électrons libres dans le métal. C'est l'une des conditions d'existence du courant électrique. Lister toutes les conditions nécessaires à l’existence du courant électrique ?

11 diapositive

Comment les électrons libres se déplaceront-ils en présence d’un champ électrique ? Le courant électrique circule à travers un conducteur en raison de la présence d'électrons libres qui se sont échappés des orbites atomiques.

12 diapositives

le mouvement ordonné des électrons libres dans les métaux sous l'influence d'un champ électrique est appelé courant électrique dans les métaux. Pensez-vous que d’autres particules – les ions – sont déplacées dans le métal ?

Diapositive 13

Une expérience menée par le physicien allemand Rikke en 1901. Des conducteurs de même volume et de même forme, deux en cuivre et un en aluminium, sont connectés en série. Pendant un an, un courant électrique a existé dans le circuit dont les caractéristiques n'ont pas changé. Au cours de ce processus, l’intensité du phénomène de diffusion qui se produit lorsque les métaux entrent en contact était la même que lorsqu’il n’y avait pas de courant électrique dans le circuit. Ainsi, l'expérience a confirmé les conclusions de la théorie : le courant électrique dans le circuit ne s'accompagne pas de transfert de matière ; les porteurs de charge électrique dans les métaux sont des électrons libres.

Sujet de cours : Courant électrique dans les métaux.

Une leçon pour apprendre de nouvelles choses avec des éléments de contrôle et de répétition.

Matériel : présentation, installation pour une expérience de variation de résistance en fonction de la température.

Buts et objectifs. 1. Développer la connaissance des principes fondamentaux de la théorie électronique de la conductivité des métaux, la justification expérimentale et l'application de la théorie dans la pratique.

2. Élargissez les horizons des élèves avec une histoire sur le phénomène de la supraconductivité.

3. Apprenez à appliquer les connaissances sur la dépendance de la résistance à la température pour résoudre des problèmes.

4. Favoriser les sentiments patriotiques grâce à la familiarisation avec l'histoire des découvertes dans le domaine de la physique du solide.

Plan de cours. (par diapositives)

1.Aujourd'hui en classe.

2. Répétons. Des questions sont posées qui nécessitent des connaissances pour apprendre quelque chose de nouveau.

3. Etude de nouveautés : a) la conductivité électrique de différentes substances, b) la nature des porteurs de charge dans les métaux ; c) théorie de la conductivité électrique des métaux ; d) dépendance de la résistance à la température ; e) les thermomètres à résistance ; f) la supraconductivité et ses applications.

4. Essai de contrôle. (Vérifiez après un clic de souris).

5. Consolidation. Trois problèmes sont proposés sur la dépendance de la résistance à la température. Les réponses apparaissent après un clic de souris. Les élèves prennent les paramètres constants nécessaires dans les tableaux.

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"Présentation pour la leçon "Courant électrique dans les métaux", 10e année."

Courant électrique dans les métaux

Svetlana Nikolaevna Savvateeva, professeur de physique à l'école secondaire Kemetskaya, district de Bologovsky, région de Tver.

AUJOURD'HUI EN CLASSE

Le secret devient clair. Que se cache-t-il derrière le concept de « Porteurs de courant dans les métaux » ?

Quelles sont les difficultés de la théorie classique de la conductivité électrique des métaux ?

Pourquoi les lampes à incandescence grillent-elles ?

Pourquoi brûlent-ils lorsqu'ils sont allumés ?

Comment perdre de la résistance ?

RÉPÉTONS

• Qu’est-ce que le courant électrique ?
• Quelles sont les conditions d’existence du courant ?
• Quels effets du courant connaissez-vous ?
• Quelle est la direction du courant ?
• Quelle valeur détermine l’intensité du courant dans un circuit électrique ?
• Quelle est l'unité du courant ?
• De quelles grandeurs dépend le courant ?
• Quelle est la vitesse de propagation du courant dans un conducteur ?
• Quelle est la vitesse de déplacement ordonné des électrons ?
• La résistance dépend-elle du courant et de la tension ?
• Comment la loi d'Ohm est-elle formulée pour une section de chaîne et pour une chaîne complète ?

NATURE DES PORTEURS DE CHARGES DANS LES MÉTAUX

L'expérience de Rikke (allemand) – Année 1901 ! M = const, ce ne sont pas des ions !

Mandelstam et Papaleksi (1913)

Stewart et Tolman (1916)

Dans le sens du courant -

Par І J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) est des électrons !

Le courant électrique dans les métaux est le mouvement dirigé des électrons.

Théorie de la conductivité électrique des métaux

P. Druse, 1900 :

• électrons libres – « gaz électronique » ;
• les électrons se déplacent conformément aux lois de Newton ;
• les électrons libres entrent en collision avec les ions cristallins. grilles;
• lors d'une collision, les électrons transfèrent leur énergie cinétique aux ions ;
• la vitesse moyenne est proportionnelle à la tension et donc à la différence de potentiel ;

R = f ( ρ, l, s, t)

thermomètres à résistance

Avantages : Permet de mesurer des températures très basses et très élevées.

supraconductivité

Mercure dans l'hélium liquide

L'explication est basée sur la théorie quantique.

D. Bardeen, L. Cooper, D. Schrieffer (américain) et

N. Bogolyubov (étudiant soviétique en 1957)

Et:

• obtenir des courants et des champs magnétiques élevés ;
• transport d'électricité sans perte.

Essai de contrôle

• Comment les électrons libres se déplacent-ils dans les métaux ?

R. Dans un ordre strictement défini. B. Désordonné. B. Ordonné.

• Comment les électrons libres se déplacent-ils dans les métaux sous l’influence d’un champ électrique ?

R. Désordonné. B. Ordonné. B. Ordonné dans la direction du champ électrique. D. Commandé dans la direction opposée au champ électrique.

• . Quelles particules se trouvent sur les sites du réseau cristallin des métaux et quelle charge ont-elles ?

A. Ions négatifs. B. Électrons. B. Ions positifs.

• Quel effet du courant électrique est utilisé dans les lampes électriques ?

A. Magnétique. B. Thermique. B. Chimique. G. Léger et thermique.

• Le mouvement de quelles particules est considéré comme la direction du courant dans un conducteur ?

A. Électronov. B. Ions négatifs. B. Charges positives.

• Pourquoi les métaux s’échauffent-ils lorsqu’un courant les traverse ?

A. Les électrons libres entrent en collision les uns avec les autres. B. Les électrons libres entrent en collision avec les ions. B. Les ions entrent en collision avec les ions.

• Comment la résistance des métaux change-t-elle lorsqu’ils sont refroidis ?

A. Augmente. B. Diminue. B. Ne change pas.

1 . B.2.G. 3.B. 4.G. 5.B. 6.B. 7.B.

RÉSOUDRE DES PROBLÈMES

1. Résistance électrique du filament de tungstène d'une lampe électrique à une température de 23 °C est égal à 4 ohms.

Trouver la résistance électrique du fil à 0°C.

(Réponse : 3,6 ohms)

2. La résistance électrique d'un filament de tungstène à 0°C est de 3,6 ohms. Trouver la résistance électrique

A une température de 2700 K.

(Réponse : 45,5 ohms)

3. La résistance électrique d'un fil à 20 °C est de 25 Ohms, à une température de 60°C elle est de 20 Ohms. Trouver

Coefficient de température de la résistance électrique.

(Réponse : 0,0045 K¯¹)