Presentasi unduhan arus listrik dalam logam. Fisika umum

Listrik dalam logam Svetlana Nikolaevna Savvateeva, guru fisika di Sekolah Menengah Kemetskaya, distrik Bologovsky, wilayah Tver. HARI INI DI KELAS Rahasianya menjadi jelas. Apa yang tersembunyi di balik konsep “Pembawa arus dalam logam”? Apa kesulitannya teori klasik konduktivitas listrik logam? Mengapa lampu pijar padam? Mengapa mereka terbakar saat dinyalakan? Bagaimana cara menghilangkan resistensi? AYO ULANGI

• Apa itu arus listrik?
• Apa syarat keberadaan arus?
• Apa dampak arus listrik yang kamu ketahui?
• Apa arah arusnya?
• Nilai apa yang menentukan kuat arus pada suatu rangkaian listrik?
• Apa satuan arus?
• Besaran apa yang bergantung pada arus?
• Berapakah kecepatan rambat arus dalam suatu penghantar?
• Berapa kecepatan pergerakan elektron yang teratur?
• Apakah hambatan bergantung pada arus dan tegangan?
• Bagaimana hukum Ohm dirumuskan untuk suatu bagian rantai dan untuk rantai lengkap?

KONDUKTIVITAS LISTRIK BERBAGAI BAHAN

Mandelstam dan Papaleksi (1913)

Stewart dan Tolman (1916)

Ke arah arus -< 0

Menurut I J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) ini adalah elektron!

Pengalaman Rikke (Jerman) – 1901 Tahun! M = konstanta, ini bukan ion!

SIFAT PEMBAWA MUATAN DALAM LOGAM

Arus listrik dalam logam adalah pergerakan elektron yang terarah.

Teori konduktivitas listrik logam

P.Druse, 1900:

• elektron bebas – “gas elektron”;
• elektron bergerak sesuai dengan hukum Newton;
• elektron bebas bertabrakan dengan ion kristal. kisi-kisi;
• ketika bertabrakan, elektron mentransfer energi kinetiknya ke ion;
• kecepatan rata-rata sebanding dengan tegangan dan beda potensial;

R= f (ρ, aku, s, t)

termometer resistansi

Keuntungan: Membantu mengukur suhu yang sangat rendah dan sangat tinggi.

superkonduktivitas Merkuri dalam helium cair

Penjelasannya didasarkan pada teori kuantum.

D. Bardeen, L. Cooper, D. Schrieffer (Amerika) dan

N. Bogolyubov (mahasiswa Soviet tahun 1957)

Penerapan superkonduktivitas!

• memperoleh arus dan medan magnet yang tinggi;
• transmisi listrik tanpa kehilangan.

Tes kontrol

• Bagaimana elektron bebas berpindah dalam logam?
A. Dalam urutan yang ditentukan secara ketat. B. Tidak teratur. B.Tertib.
• Bagaimana elektron bebas bergerak dalam logam di bawah pengaruh medan listrik?
A. Tidak teratur. B.Tertib. B. Diurutkan searah medan listrik. D. Diurutkan dengan arah berlawanan dengan medan listrik.
• .Partikel apa yang terletak di lokasi kisi kristal logam dan muatan apa yang dimilikinya?
A.Ion negatif. B.Elektron. B.Ion positif.
• Apa pengaruh arus listrik yang digunakan pada lampu listrik?
A.Magnetik. B. Termal. B.Kimia. G. Ringan dan termal.
• Pergerakan partikel manakah yang dianggap sebagai arah arus dalam suatu penghantar?
A. Elektronov. B.Ion negatif. B.Muatan positif.
• Mengapa logam menjadi panas ketika arus melewatinya?
A. Elektron bebas saling bertabrakan. B. Elektron bebas bertabrakan dengan ion. B. Ion bertabrakan dengan ion.
• Bagaimana resistensi logam berubah ketika didinginkan?
A.Meningkat. B.Menurun. B.Tidak berubah. 1.B.2.G. 3.B. 4.G. 5.B. 6.B. 7.B.

MENYELESAIKAN MASALAH

1. Hambatan listrik filamen tungsten suatu lampu listrik pada suhu 23°C adalah 4 Ohm.

Tentukan hambatan listrik benang tersebut pada suhu 0°C.

(Jawaban: 3,6 ohm)

2. Hambatan listrik filamen tungsten pada 0°C adalah 3,6 ohm. Temukan hambatan listrik

Pada suhu 2700 K.

(Jawaban: 45,5 ohm)

3. Hambatan listrik sebuah kawat pada suhu 20°C adalah 25 Ohm, pada suhu 60°C adalah 20 Ohm. Menemukan

Koefisien suhu hambatan listrik.

Dosen: Ph.D. Sc., Profesor Madya
Veretelnik Vladimir Ivanovich

Arus listrik pada logam

1.
2.
3.
4.
5.
Eksperimen Tolman-Stewart.
Teori konduksi klasik
logam - teori Drude-Lorentz.
Hukum Ohm dan hukum Joule-Lenz dari
teori klasik konduktivitas listrik.
Superkonduktivitas.
Transisi lubang elektron.
Transistor.

Arus listrik pada logam

Arus listrik pada logam adalah
pergerakan elektron yang teratur di bawah
aksi medan listrik.
Bukti paling meyakinkan
sifat elektronik arus dalam logam adalah
diperoleh dalam percobaan dengan inersia elektron
(Pengalaman Tolman dan Stewart).
Kumparan dengan banyak lilitan tipis
kawat didorong ke dalam putaran cepat
di sekitar porosnya.
Kumparan diakhiri dengan kabel fleksibel
melekat pada sensitif
galvanometer balistik.

Arus listrik pada logam

Gulungan yang tidak terpilin dengan tajam
melambat, dan masalah muncul di rantai
arus jangka pendek karena
inersia pembawa muatan.
Total muatan yang mengalir melalui rangkaian adalah
diukur dengan jatuhnya jarum
galvanometer.

Arus listrik pada logam

Saat mengerem, kumparan berputar untuk masing-masing
pembawa muatan e bertindak sebagai gaya pengereman, yang
Memainkan peran kekuatan eksternal, yaitu kekuatan
asal non-listrik.
Gaya luar per satuan muatan, menurut
definisinya adalah kekuatan medan Est
kekuatan pihak ketiga:
Akibatnya, pada rangkaian saat kumparan sedang mengerem
timbul gaya gerak listrik:

Arus listrik pada logam

dimana l adalah panjang kawat kumparan. Saat pengereman
kumparan, muatan q akan mengalir melalui rangkaian sebesar:
Disini I adalah nilai sesaat arus dalam kumparan, R adalah
resistansi total rangkaian, υ0 – linier awal
kecepatan kawat.
Oleh karena itu biaya spesifik e/m dari operator arus bebas
dalam logam sama dengan:
Menurut data modern, modulus muatan elektron
(muatan dasar) sama dengan

Arus listrik pada logam

Biaya khusus
Konduktivitas listrik logam yang baik
karena konsentrasi yang tinggi
elektron bebas, urutannya sama
besaran jumlah atom per satuan volume.
Asumsi tentang jenis arus listrik
dalam logam elektron bertanggung jawab, muncul
banyak sebelum eksperimen Tolman dan Stewart.
Kembali pada tahun 1900, ilmuwan Jerman P. Drude
dasar hipotesis tentang keberadaan bebas
elektron dalam logam menghasilkan elektron
teori konduktivitas logam.

Arus listrik pada logam

Teori ini dikembangkan dalam karya-karya Belanda
fisika oleh H. Lorentz dan disebut klasik
teori elektronik.
Menurut teori ini, elektron dalam logam berperilaku
seperti gas elektron, seperti gas ideal
gas.
Gas elektron mengisi ruang antar ion,
membentuk kisi kristal logam
Karena interaksi dengan ion, elektron bisa
tinggalkan logam hanya dengan mengatasi apa yang disebut
penghalang potensial.
Ketinggian penghalang ini disebut fungsi kerja.
Pada suhu (ruangan) biasa, elektron tidak
energi yang cukup untuk mengatasi potensi
penghalang.

Arus listrik pada logam

Menurut teori Drude–Lorentz,
elektron mempunyai rata-rata yang sama
energi gerak termal, serta
molekul ideal monatomik
gas
Hal ini memungkinkan kita memperkirakan rata-ratanya
kecepatan gerakan termal
elektron menurut rumus teori kinetika molekul.
Pada suhu kamar itu
ternyata kira-kira sama dengan 105 m/s.

Arus listrik pada logam

Saat menerapkan eksternal
medan listrik di
konduktor logam kecuali
gerak termal elektron
keteraturan mereka muncul
gerakan (drift), yaitu
listrik.

Arus listrik pada logam

Estimasi kecepatan drift
menunjukkan bahwa untuk logam
konduktor dengan penampang 1 mm2, sepanjang itu
arus sebesar 10 A mengalir, nilai ini terletak pada
dalam 0,6–6 mm/s.
Jadi kecepatan rata-ratanya
pergerakan elektron yang teratur ke dalam
konduktor logam bagi banyak orang
lipat lebih kecil kecepatan rata-rata milik mereka
gerakan termal.

Arus listrik pada logam

Kecepatan drift rendah tidak bertentangan
fakta eksperimental bahwa arus di seluruh rangkaian
DC dipasang secara praktis
segera.
Menutup sirkuit menyebabkan propagasi
medan listrik dengan kecepatan c = 3·108 m/s.
Setelah selang waktu orde l/s (l adalah panjang rantai)
yang stasioner dipasang di sepanjang rantai
distribusi medan listrik dan di dalamnya
gerakan teratur dimulai
elektron.

Arus listrik pada logam

Dalam teori elektronik klasik tentang logam
diasumsikan bahwa pergerakan elektron
mematuhi hukum mekanika Newton.
Teori ini mengabaikan interaksi
elektron satu sama lain, dan interaksinya
dengan ion positif direduksi hanya menjadi
tabrakan.
Diasumsikan juga bahwa untuk masing-masing
tumbukan, elektron berpindah ke kisi semua
energi terakumulasi dalam medan listrik dan
jadi setelah tabrakan dia mulai
gerakan dengan kecepatan drift nol.

Arus listrik pada logam

Meskipun semua asumsi ini benar
sangat dekat, elektronik klasik
teori tersebut secara kualitatif menjelaskan hukum kelistrikan
arus dalam konduktor logam.
Hukum Ohm. Di sela-sela tumbukan aktif
elektron bekerja pada gaya yang besarnya sama dengan eE
Hasilnya, akselerasinya bertambah
Oleh karena itu, pada akhir lari bebas, terjadi penyimpangan
kecepatan elektron adalah

Arus listrik pada logam

di mana τ adalah waktu tempuh bebas,
yang mana, untuk menyederhanakan perhitungan
diasumsikan sama untuk semua orang
elektron.
Kecepatan melayang rata-rata
sama dengan setengah maksimum
nilai:

Arus listrik pada logam

Perhatikan sebuah konduktor dengan panjang l dan penampang S dengan
konsentrasi elektron n.
Arus dalam suatu penghantar dapat dituliskan sebagai:
dimana U = El adalah tegangan pada ujung penghantar.
Rumus yang dihasilkan menyatakan hukum Ohm untuk
konduktor logam.
Hambatan listrik konduktor
sama dengan:

Arus listrik pada logam

Resistivitas ρ dan spesifik
konduktivitas σ dinyatakan
rasio:
hukum Joule-Lenz. Pada akhir
jalur bebas elektron
diperoleh di bawah pengaruh lapangan
energi kinetik

Arus listrik pada logam

Berdasarkan asumsi yang dibuat,
semua energi ini ditransfer ke kisi kapan
tumbukan dan berubah menjadi panas.
Selama waktu Δt, setiap elektron
mengalami tumbukan Δt/τ.
Dalam konduktor dengan penampang S dan panjang l
terdapat elektron nSl.
Oleh karena itu, apa yang dialokasikan di
konduktor selama waktu Δt panas sama dengan:

Arus listrik pada logam

Rasio ini mengungkapkan
hukum Joule-Lenz.
Jadi, elektronik klasik
teori menjelaskan keberadaan
hambatan listrik logam,
Hukum Ohm dan Joule-Lenz.
Namun, dalam beberapa persoalan bersifat klasik
teori elektron mengarah pada kesimpulan
bertentangan dengan pengalaman.

Arus listrik pada logam

Misalnya, teori ini tidak dapat menjelaskan alasannya
kapasitas panas molar logam, serta molar
kapasitas panas kristal dielektrik adalah 3R,
dimana R adalah konstanta gas universal (hukum
Dulong dan Petit.)
Teori elektron klasik juga tidak bisa
menjelaskan ketergantungan suhu spesifik
ketahanan logam.
Teori memberi
sementara dari percobaan
ketergantungan ρ ~ T diperoleh.
Namun, contoh paling mencolok dari perbedaan antara teori dan
percobaan adalah superkonduktivitas.

Arus listrik pada logam

Pada titik tertentu
suhu Tcr, berbeda untuk berbeda
zat, resistivitas
menurun tiba-tiba menjadi nol.
Suhu kritis merkuri adalah
4,1 K, aluminium 1,2 K, timah 3,7 K.
Superkonduktivitas tidak diamati
hanya untuk elemen, tetapi juga untuk banyak elemen
senyawa kimia dan paduan.

Arus listrik pada logam

Misalnya senyawa niobium dengan timah
(Ni3Sn) mempunyai suhu kritis
18K.
Beberapa zat yang melewatinya
suhu rendah menjadi superkonduktor
kondisinya, bukan konduktor
pada suhu normal.
Pada saat yang sama sangat “bagus”
konduktor seperti tembaga dan perak tidak
menjadi superkonduktor ketika
suhu rendah.

Arus listrik pada logam

Zat dalam superkonduktor
kondisi punya
properti luar biasa.
Hampir yang paling penting di antara mereka
mereka adalah kemampuan
waktu yang lama (bertahun-tahun)
pertahankan tanpa redaman
arus listrik tereksitasi masuk
sirkuit superkonduktor.

Arus listrik pada logam

Teori elektron klasik tidak
mampu menjelaskan fenomena tersebut
superkonduktivitas. Penjelasan
mekanisme fenomena ini diberikan
hanya 60 tahun setelah penemuannya
berdasarkan mekanika kuantum
representasi.
Ketertarikan ilmiah pada superkonduktivitas
meningkat ketika ditemukan yang baru
bahan dengan lebih tinggi
suhu kritis.

Arus listrik pada logam

Sebuah langkah signifikan ke arah ini terjadi pada tahun
1986, ketika ditemukan kompleks yang satu itu
sambungan keramik Tcr = 35 K.
Sudah pada tahun 1987 berikutnya, fisikawan sudah mampu mencipta
keramik baru dengan suhu kritis 98 K,
melebihi suhu nitrogen cair (77 K).
Fenomena peralihan zat menjadi superkonduktor
keadaan pada suhu melebihi suhu
titik didih nitrogen cair disebut
superkonduktivitas suhu tinggi.
Pada tahun 1988, sambungan keramik dibuat
berdasarkan unsur Tl–Ca–Ba–Cu–O dengan kritis
suhu 125 K.
Perlu diketahui sampai saat ini mekanismenya
keramik superkonduktivitas suhu tinggi
materi belum sepenuhnya dipahami.

1.
2.
3.
4.
Perbedaan kualitatif antara semikonduktor dan
logam
Mekanisme lubang elektron
konduktivitas murni murni
semikonduktor.
Konduktivitas elektronik dan lubang
semikonduktor pengotor. Donor dan
kotoran akseptor.
Transisi lubang elektron.
Dioda semikonduktor. Transistor.

Arus listrik dalam semikonduktor

Semikonduktor termasuk
banyak unsur kimia (germanium,
silikon, selenium, telurium, arsenik, dll.),
sejumlah besar paduan dan
senyawa kimia.
Hampir semua zat anorganik
dunia sekitar kita -
semikonduktor.
Yang paling umum di alam
silikon adalah semikonduktor
terhitung sekitar 30% kerak bumi.

Arus listrik dalam semikonduktor

Perbedaan kualitatif
semikonduktor dari logam
memanifestasikan dirinya terutama di
spesifik
ketahanan suhu.

Arus listrik dalam semikonduktor

Jalur ketergantungan ρ(T) ini menunjukkan hal itu
bahwa semikonduktor mempunyai konsentrasi
tidak ada operator biaya gratis
tetap konstan tetapi meningkat seiring
kenaikan suhu.
Mari kita pertimbangkan mekanisme ini secara kualitatif
menggunakan contoh germanium (Ge).
Dalam kristal silikon (Si), mekanismenya
serupa.

Arus listrik dalam semikonduktor

Atom Germanium memiliki empat atom lemah
elektron terikat pada kulit terluar.
Mereka disebut elektron valensi.
Dalam kisi kristal, setiap atom
dikelilingi oleh empat tetangga terdekat.
Ikatan antar atom dalam kristal germanium
bersifat kovalen, yaitu dilakukan
pasangan elektron valensi.
Setiap elektron valensi milik dua
atom.

Arus listrik dalam semikonduktor

Elektron valensi dalam kristal germanium
terikat lebih kuat pada atom daripada pada atom
logam
Oleh karena itu, konsentrasi elektron
konduktivitas pada suhu kamar di
semikonduktor jauh lebih kecil,
daripada logam.
Dekat nol mutlak suhu masuk
Dalam kristal germanium, semua elektron ditempati
pembentukan koneksi.
Kristal seperti itu tidak memiliki arus listrik
melakukan.

Arus listrik dalam semikonduktor

Ikatan berpasangan elektron dalam kristal
germanium dan pembentukan pasangan lubang elektron.

Arus listrik dalam semikonduktor

Saat suhu meningkat, beberapa
beberapa elektron valensi bisa
mendapatkan energi yang cukup untuk
memutus ikatan kovalen.
Kemudian yang gratis akan muncul di kristal
elektron (elektron konduksi).
Pada saat yang sama, di tempat-tempat yang koneksinya terputus
lowongan dibuat yang tidak diisi
elektron.
Lowongan ini disebut
"lubang".

Arus listrik dalam semikonduktor

Posisi yang kosong dapat diisi
elektron valensi dari tetangganya
berpasangan, lalu lubang berpindah ke
tempat baru di kristal.
Jika semikonduktor ditempatkan di dalamnya
medan listrik, kemudian menjadi teratur
gerakan ini tidak hanya melibatkan
elektron bebas, tetapi juga lubang,
yang berperilaku positif
partikel bermuatan.

Arus listrik dalam semikonduktor

Oleh karena itu, arus I pada semikonduktor
terdiri dari elektronik In dan
arus IP lubang:
Saya = Masuk + Ip.
Mekanisme lubang elektron
konduktivitas hanya muncul
dalam keadaan murni (yaitu tanpa pengotor)
semikonduktor. Itu disebut
listrik sendiri
konduktivitas semikonduktor.

Arus listrik dalam semikonduktor

Jika ada kotoran
konduktivitas listrik semikonduktor
banyak perubahan.
Misalnya menambahkan pengotor fosfor ke dalam
kristal silikon sebanyak 0,001
persen atom mengurangi spesifik
resistensi lebih dari lima
urutan besarnya.
Pengaruh pengotor yang begitu kuat bisa
dijelaskan berdasarkan hal di atas
gagasan di atas tentang struktur
semikonduktor.

Arus listrik dalam semikonduktor

Kondisi yang diperlukan untuk tajam
Mengurangi resistivitas
semikonduktor setelah masuknya pengotor
adalah perbedaan valensi atom
pengotor dari valensi utama
atom kristal.
Konduktivitas semikonduktor di
adanya pengotor disebut
konduktivitas pengotor.

Arus listrik dalam semikonduktor

Ada dua jenis pengotor
konduktivitas – elektronik dan
konduktivitas lubang.
Konduktivitas elektronik
terjadi ketika kristal
germanium dengan tetravalen
atom memperkenalkan pentavalen
atom (misalnya, atom arsenik,
Sebagai).

Arus listrik dalam semikonduktor

Arus listrik dalam semikonduktor

Arus listrik dalam semikonduktor

Empat elektron valensi atom arsenik
termasuk dalam pembentukan ikatan kovalen dengan
empat atom germanium yang berdekatan.
Elektron valensi kelima ternyata mubazir.
Ia mudah terlepas dari atom arsenik dan
menjadi bebas.
Sebuah atom yang kehilangan elektron menjadi
ion positif yang terletak di lokasi tersebut
kisi kristal.

Arus listrik dalam semikonduktor

Pengotor atom dengan valensi,
melebihi valensi atom utama
kristal semikonduktor disebut
campuran donor.
Sebagai hasil dari pengenalannya ke dalam kristal
ada sejumlah besar yang gratis
elektron.
Hal ini menyebabkan penurunan tajam dalam hal spesifik
resistensi semikonduktor - dalam ribuan dan
bahkan jutaan kali.
Resistivitas konduktor dengan
kandungan pengotor yang tinggi mungkin
mendekati resistivitas
konduktor logam.

Arus listrik dalam semikonduktor

Konduktivitas seperti itu
dikondisikan secara gratis
elektron disebut
elektronik, tetapi semikonduktor,
memiliki elektronik
konduktivitas disebut
semikonduktor tipe-n.

Arus listrik dalam semikonduktor

Konduksi lubang terjadi ketika
kristal germanium memperkenalkan trivalen
atom (misalnya, atom indium, In).

Arus listrik dalam semikonduktor

Pada Gambar. menunjukkan atom indium yang dibuat dengan
menggunakan elektron valensinya
ikatan kovalen dengan hanya tiga tetangga
atom germanium.
Untuk membentuk ikatan dengan atom keempat
germanium atom indium tidak memiliki elektron.
Elektron yang hilang ini mungkin saja terjadi
ditangkap oleh atom indium dari ikatan kovalen
atom germanium yang berdekatan.
Dalam hal ini, atom indium berubah menjadi
ion negatif yang terletak di lokasi tersebut
kisi kristal, dan dalam kovalen
ikatan antara atom-atom yang bertetangga, terbentuklah kekosongan.

Arus listrik dalam semikonduktor

Campuran atom yang mampu menangkap
elektron yang disebut akseptor
ketidakmurnian.



Akibat masuknya pengotor akseptor ke dalam
kristal, banyak ikatan kovalen yang putus
koneksi dan kekosongan (lubang) terbentuk.
Elektron dapat melompat ke tempat-tempat ini
ikatan kovalen tetangga, yang mengarah ke
pengembaraan lubang yang kacau di seluruh kristal.

Arus listrik dalam semikonduktor

Konsentrasi lubang dalam semikonduktor dengan
pengotor akseptor secara signifikan
melebihi konsentrasi elektron, yang
muncul karena mekanismenya sendiri
konduktivitas listrik semikonduktor: np >> nn.
Konduktivitas jenis ini disebut
konduktivitas lubang.
Semikonduktor pengotor dengan lubang
konduktivitas disebut semikonduktor
tipe-p.
Operator biaya gratis utama di
semikonduktor tipe p adalah lubang.

Arus listrik dalam semikonduktor

Perlu ditekankan bahwa lubangnya
konduktivitas dalam kenyataan
karena gerakan estafet
oleh kekosongan dari satu atom germanium ke
elektron lain itu
membuat ikatan kovalen.
Untuk semikonduktor tipe n dan p, hukumnya
Ohm dilakukan dengan pasti
rentang arus dan tegangan pada
kondisi konsentrasi konstan
media gratis.

Dalam teknologi elektronik modern
perangkat semikonduktor bermain
peran yang luar biasa.
Selama tiga dekade terakhir, mereka hampir mengalami hal tersebut
sepenuhnya menggantikan vakum listrik
perangkat.
Perangkat semikonduktor apa pun memilikinya
satu atau lebih lubang elektron
transisi.
Persimpangan lubang elektron (atau persimpangan n–p) adalah daerah kontak antara keduanya
semikonduktor dengan tipe yang berbeda-beda
daya konduksi.

Transisi lubang elektron. Transistor

Ketika dua semikonduktor n- dan
tipe-p proses difusi dimulai:
lubang dari daerah p berpindah ke daerah n, dan elektron, sebaliknya, dari daerah n ke daerah p.
Akibatnya, di wilayah-n dekat zona tersebut
konsentrasi kontak berkurang
elektron dan muncul secara positif
lapisan bermuatan.
Di wilayah p konsentrasinya menurun
lubang dan terjadi secara negatif
lapisan bermuatan.

Transisi lubang elektron. Transistor

Jadi, pada batas semikonduktor
lapisan ganda listrik terbentuk,
yang medan listriknya menghalangi
proses difusi elektron dan hole
terhadap satu sama lain

Transisi lubang elektron. Transistor

Persimpangan n–p memiliki pemandangan yang menakjubkan
milik satu sisi
daya konduksi.
Jika semikonduktor dengan sambungan n–p
dihubungkan ke sumber arus sehingga
sumber kutub positif
terhubung ke wilayah-n, dan
negatif – dengan wilayah p, lalu
kekuatan medan pada lapisan pemblokiran
meningkat.

Transisi lubang elektron. Transistor

Lubang di daerah p dan elektron di daerah n akan bergeser menjauhi persimpangan n–p, sehingga meningkatkan
konsentrasi pembawa minoritas di
lapisan penghalang.
Praktis tidak ada arus yang melalui persimpangan n–p
yang akan datang.
Tegangan yang diterapkan pada sambungan n–p masuk
Kasus ini disebut sebaliknya.

Transisi lubang elektron. Transistor

Kebalikan yang sangat kecil
arus hanya disebabkan oleh arusnya sendiri
daya konduksi
bahan semikonduktor,
yaitu kehadiran yang kecil
konsentrasi bebas
elektron di daerah p dan lubang di
n-wilayah.

Transisi lubang elektron. Transistor

Jika persimpangan n–p terhubung ke
sumber sehingga positif
kutub sumber dihubungkan ke daerah p, dan kutub negatif ke daerah n, maka tegangannya
medan listrik pada lapisan pemblokiran
akan berkurang, yang membuatnya lebih mudah
transisi pembawa utama melalui
lapisan kontak.

Transisi lubang elektron. Transistor

Lubang dari daerah p dan elektron dari
n-wilayah, bergerak menuju satu sama lain
sobat, akan melintasi persimpangan n–p, menciptakan arus searah
arah.
Kekuatan arus melalui persimpangan n–p dalam hal ini
kasus akan meningkat dengan
meningkatkan tegangan sumber.

Transisi lubang elektron. Transistor

Kemampuan persimpangan n–p untuk lewat
arus praktis hanya ada di satu
arah digunakan dalam perangkat,
yang disebut
dioda semikonduktor.
Dioda semikonduktor
terbuat dari kristal silikon
atau Jerman.
Selama pembuatannya, kristal dengan jenis konduktivitas apa pun dilebur
campuran menyediakan tipe lain
daya konduksi.

Transisi lubang elektron. Transistor

Tegangan arus yang khas
karakteristik dioda silikon

Transisi lubang elektron. Transistor

Perangkat semikonduktor tidak
satu, tetapi dengan dua persimpangan n–p
disebut transistor.
Transistor terdiri dari dua jenis:
transistor p–n–p dan transistor n–p–n.

Transisi lubang elektron. Transistor

Misalnya transistor germanium
tipe p–n–p adalah
sepiring kecil germanium
dengan pengotor donor, yaitu dari
semikonduktor tipe-n.
Rekor ini menghasilkan dua
daerah dengan pengotor akseptor,
yaitu area yang berlubang
daya konduksi.

Transisi lubang elektron. Transistor

Dalam transistor tipe n–p–n, utama
pelat germanium punya
konduktivitas tipe-p, dan yang dibuat pada
Ada dua daerah dengan konduktivitas tipe-n.
Pelat transistor disebut basis
(B), salah satu daerah dengan
jenis konduktivitas yang berlawanan
– kolektor (K), dan yang kedua –
emitor (E).

Transisi lubang elektron. Transistor

1.
2.
3.
4.
Elektrolit. Biaya operator masuk
elektrolit.
Elektrolisa. Elektrolit
disosiasi.
Hukum Faraday untuk elektrolisis.
Hukum gabungan Faraday untuk
elektrolisa.

Arus listrik dalam elektrolit

Elektrolit biasa disebut
media konduksi di mana
aliran arus listrik
disertai dengan perpindahan
zat.
Pembawa biaya gratis di
elektrolit adalah
positif dan negatif
ion bermuatan.

Arus listrik dalam elektrolit

Perwakilan utama
elektrolit yang banyak digunakan dalam
teknologi adalah solusi berair
asam anorganik, garam dan
alasan.
Aliran arus listrik melalui
elektrolit disertai dengan pelepasan
zat pada elektroda.
Fenomena ini disebut
elektrolisa.

Arus listrik dalam elektrolit

Arus listrik dalam elektrolit
mewakili pergerakan ion keduanya
tanda-tanda yang berlawanan arah.
Ion positif bergerak menuju
elektroda negatif (katoda),
ion negatif menjadi positif
elektroda (anoda).
Ion dari kedua tanda tersebut muncul di air
larutan garam, asam dan basa dalam
akibat terpecahnya bagian netral
molekul.
Fenomena ini disebut elektrolitik
disosiasi.

Arus listrik dalam elektrolit

Misalnya tembaga klorida CuCl2
terdisosiasi dalam larutan air menjadi
ion tembaga dan klorin:
Saat menghubungkan elektroda ke
ion sumber arus di bawah pengaruh
medan listrik dimulai
gerakan teratur:
ion tembaga positif bergerak menuju
katoda, dan bermuatan negatif
ion klorin - ke anoda.

Arus listrik dalam elektrolit

Setelah mencapai katoda, ion tembaga dinetralkan
kelebihan elektron katoda dan
berubah menjadi atom netral
diendapkan pada katoda.
Ion klorin, mencapai anoda, melepaskan
satu elektron.
Setelah ini, atom klorin netral
bergabung berpasangan membentuk molekul
klorin Cl2.
Klorin dilepaskan di anoda dalam bentuk gelembung.

Arus listrik dalam elektrolit

Hukum elektrolisis dikembangkan secara eksperimental
didirikan oleh fisikawan Inggris M. Faraday di
1833.
Hukum Faraday menentukan besaran
produk primer dilepaskan ke
elektroda selama elektrolisis:
Massa m zat dilepaskan pada
elektroda, berbanding lurus dengan muatan Q,
melewati elektrolit:
m = kQ = kIt.
Nilai k disebut elektrokimia
setara.

Arus listrik dalam elektrolit

Massa zat yang dilepaskan pada elektroda
sama dengan massa semua ion yang tiba
elektroda:
Di sini m0 dan q0 adalah massa dan muatan satu ion,
– jumlah ion yang sampai ke elektroda pada
melewatkan muatan Q melalui elektrolit.
Jadi, setara elektrokimia
k sama dengan rasio massa m0 ion tertentu
zat terhadap muatannya q0.

Arus listrik dalam elektrolit

Karena muatan ion sama dengan produknya
valensi zat n pada
muatan dasar e (q0 = ne), maka
ekspresi untuk elektrokimia
setara dengan k dapat ditulis sebagai:
F = eNA – Konstanta Faraday.
F = eNA = 96485 C/mol.

Arus listrik dalam elektrolit

Konstanta Faraday secara numerik
sama dengan biaya yang diperlukan
melewati elektrolit untuk
pelepasan pada elektroda satu
mol zat monovalen.
Hukum Faraday untuk elektrolisis
mengambil bentuk:

Pertanyaan kontrol

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Mengisi daya pembawa dalam logam.
Informasi singkat tentang teori klasik
konduktivitas logam (teori Drude-Lorentz).
Hukum Ohm dari teori klasik (singkat
kesimpulan).
Hukum Joule-Lenz dari teori klasik
konduktivitas (kesimpulan singkat).
Masalah fisik apa yang tidak dapat dijelaskan
teori klasik konduktivitas logam.
Informasi singkat tentang superkonduktivitas.

Pertanyaan kontrol

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Elektron dan lubang. Bagaimana mereka terbentuk secara murni
semikonduktor?
Mekanisme konduksi semikonduktor murni.
Semikonduktor donor dan akseptor.
Mekanisme konduksi semikonduktor pengotor.
Bagaimana menerapkan elektron dan lubang
konduktivitas dalam semikonduktor.
Apa yang dimaksud dengan transisi elektron-lubang?
Jelaskan mengapa terjadi transisi elektron-lubang
dapat menyearahkan arus bolak-balik.
Transistor.

Pertanyaan kontrol

Operator biaya apa yang ada di sana
elektrolit?
2. Apa itu elektrolit? Apa yang terjadi
disosiasi elektrolitik?
3. Hukum Faraday untuk elektrolisis.
4. Hukum terpadu elektrolisis
Faraday.

1 slide

Arus listrik pada logam. Institusi Pendidikan Kota Belyaeva Tatyana Vasilievna "Sekolah Menengah Vysokoyarsk" wilayah Tomsk

2 geser

Gambar 1 menunjukkan simbol, digunakan dalam diagram Nomor berapa yang ditunjuk oleh.... Saya melintasi kabel?. kunci II? III bel listrik? sekering IV? Sambungan kabel V? VI konsumen listrik?

3 geser

Rangkaian listrik yang ditunjukkan pada gambar terdiri dari bagian apa? 1.Elemen, sakelar, lampu, kabel. 2. Baterai elemen, bel, sakelar, kabel. 3. Baterai elemen, lampu, sakelar, kabel.

4 geser

Mengapa lampu kerja pada rangkaian pertama tidak menyala saat kunci ditutup? (Gbr. 1) Mengapa bel pada rangkaian kedua tidak berbunyi pada saat rangkaian ditutup? (Gbr. 2)

5 geser

Di manakah letak sumber arus agar ketika kunci K1 ditutup, bel berbunyi, dan ketika kunci K2 ditutup, lampu menyala? (Gbr. 3)

6 geser

Tindakan pencegahan keselamatan: Saat bekerja dengan sirkuit listrik, Anda harus mengikuti peraturan keselamatan. Menyentuh konduktor yang terbuka, bagian sirkuit yang rusak, dan kutub sumber tidak diperbolehkan.

7 geser

Bagaimana cara menghindari dampak arus listrik jika secara tidak sengaja menyentuh alat listrik yang diberi energi? Hal ini memerlukan pembumian, karena bumi adalah konduktor dan, karena ukurannya yang sangat besar, dapat menampung muatan yang besar. Groundingnya terbuat dari bahan apa? Grounding terbuat dari logam. Kami akan menjawab mengapa zat ini lebih disukai setelah mempelajari topik baru “Arus Listrik dalam Logam.” Tuliskan topik pelajaran di buku catatan Anda.

8 geser

Apa yang disebut logam? Definisi awal logam yang paling terkenal diberikan pada pertengahan abad ke-18 oleh M.V. Lomonosov: “Logam adalah benda ringan yang dapat ditempa. Hanya ada enam benda seperti itu: emas, perak, tembaga, timah, besi, dan timah.” Dua setengah abad kemudian, banyak yang diketahui tentang logam. Lebih dari 75% unsur dalam tabel D.I.Mendeleev adalah logam, dan menemukan definisi logam yang benar-benar akurat adalah tugas yang hampir sia-sia.

Geser 9

Mari kita ingat kembali struktur logam.Model logam adalah kisi kristal, di titik-titik simpulnya partikel-partikelnya melakukan gerakan osilasi yang kacau.

10 geser

Jadi, ada elektron bebas di dalam logam. Hal ini merupakan salah satu syarat adanya arus listrik. Sebutkan semua syarat yang diperlukan bagi adanya arus listrik?

11 geser

Bagaimana elektron bebas bergerak jika ada medan listrik? Arus listrik mengalir melalui suatu penghantar karena adanya elektron bebas di dalamnya yang lolos dari orbit atom

12 geser

pergerakan teratur elektron bebas dalam logam di bawah pengaruh medan listrik disebut arus listrik dalam logam. Menurut Anda, apakah partikel lain - ion - tergeser di dalam logam?

Geser 13

Eksperimen yang dilakukan oleh fisikawan Jerman Rikke pada tahun 1901. Konduktor dengan volume dan bentuk yang sama, dua terbuat dari tembaga dan satu lagi terbuat dari aluminium, dihubungkan secara seri. Selama satu tahun, terdapat arus listrik pada rangkaian tersebut, yang sifat-sifatnya tidak berubah. Selama proses ini, intensitas fenomena difusi yang terjadi ketika logam bersentuhan sama dengan ketika tidak ada arus listrik pada rangkaian. Dengan demikian, pengalaman menegaskan kesimpulan teori: arus listrik dalam rangkaian tidak disertai dengan perpindahan materi; pembawa muatan listrik dalam logam adalah elektron bebas.

Topik pelajaran: Arus listrik pada logam.

Pelajaran mempelajari hal-hal baru dengan unsur pengendalian dan pengulangan.

Peralatan: presentasi, instalasi untuk percobaan perubahan resistansi tergantung suhu.

Tujuan dan sasaran. 1. Mengembangkan pengetahuan tentang dasar-dasar teori elektronik konduktivitas logam, pembuktian eksperimental dan penerapan teori dalam praktik.

2. Memperluas wawasan siswa dengan cerita tentang fenomena superkonduktivitas.

3. Mengajarkan bagaimana menerapkan pengetahuan tentang ketergantungan hambatan terhadap suhu dalam menyelesaikan masalah.

4. Menumbuhkan rasa patriotik melalui pengenalan sejarah penemuan-penemuan di bidang fisika benda padat.

Rencana belajar. (berdasarkan slide)

1.Hari ini di kelas.

2. Mari kita ulangi. Soal-soal yang diberikan membutuhkan pengetahuan ketika mempelajari sesuatu yang baru.

3. Mempelajari hal-hal baru: a) daya hantar listrik berbagai zat b) sifat pembawa muatan pada logam; c) teori konduktivitas listrik logam; d) ketergantungan resistensi pada suhu; e) termometer resistansi; f) superkonduktivitas dan penerapannya.

4. Uji pengendalian. (Periksa setelah klik mouse).

5. Konsolidasi. Tiga masalah diajukan mengenai ketergantungan resistansi pada suhu. Jawabannya muncul setelah klik mouse. Siswa mengambil parameter konstanta yang diperlukan dari tabel.

Lihat isi dokumen
"Presentasi untuk pelajaran "Arus listrik dalam logam", kelas 10."

Arus listrik pada logam

Svetlana Nikolaevna Savvateeva, guru fisika di Sekolah Menengah Kemetskaya, distrik Bologovsky, wilayah Tver.

HARI INI DI KELAS

Rahasianya menjadi jelas. Apa yang tersembunyi di balik konsep “Pembawa arus dalam logam”?

Apa kesulitan teori klasik konduktivitas listrik logam?

Mengapa lampu pijar padam?

Mengapa mereka terbakar saat dinyalakan?

Bagaimana cara menghilangkan resistensi?

AYO ULANGI

• Apa itu arus listrik?
• Apa syarat keberadaan arus?
• Apa dampak arus listrik yang kamu ketahui?
• Apa arah arusnya?
• Nilai apa yang menentukan kuat arus pada suatu rangkaian listrik?
• Apa satuan arus?
• Besaran apa yang bergantung pada arus?
• Berapakah kecepatan rambat arus dalam suatu penghantar?
• Berapa kecepatan pergerakan elektron yang teratur?
• Apakah hambatan bergantung pada arus dan tegangan?
• Bagaimana hukum Ohm dirumuskan untuk suatu bagian rantai dan untuk rantai lengkap?

SIFAT PEMBAWA MUATAN DALAM LOGAM

Pengalaman Rikke (Jerman) – 1901 Tahun! M = konstanta, ini bukan ion!

Mandelstam dan Papaleksi (1913)

Stewart dan Tolman (1916)

Ke arah arus -

Oleh І J I - q ⁄ m = e ⁄ m ) adalah elektron!

Arus listrik dalam logam adalah pergerakan elektron yang terarah.

Teori konduktivitas listrik logam

P.Druse, 1900:

• elektron bebas – “gas elektron”;
• elektron bergerak sesuai dengan hukum Newton;
• elektron bebas bertabrakan dengan ion kristal. kisi-kisi;
• ketika bertabrakan, elektron mentransfer energi kinetiknya ke ion;
• kecepatan rata-rata sebanding dengan tegangan dan beda potensial;

R= f ( ρ, aku, s, t)

termometer resistansi

Keuntungan: Membantu mengukur suhu yang sangat rendah dan sangat tinggi.

superkonduktivitas

Merkuri dalam helium cair

Penjelasannya didasarkan pada teori kuantum.

D. Bardeen, L. Cooper, D. Schrieffer (Amerika) dan

N. Bogolyubov (mahasiswa Soviet tahun 1957)

Dan:

• memperoleh arus dan medan magnet yang tinggi;
• transmisi listrik tanpa kehilangan.

Tes kontrol

• Bagaimana elektron bebas berpindah dalam logam?

A. Dalam urutan yang ditentukan secara ketat. B. Tidak teratur. B.Tertib.

• Bagaimana elektron bebas bergerak dalam logam di bawah pengaruh medan listrik?

A. Tidak teratur. B.Tertib. B. Diurutkan searah medan listrik. D. Diurutkan dengan arah berlawanan dengan medan listrik.

• . Partikel apa yang terletak di lokasi kisi kristal logam dan muatan apa yang dimilikinya?

A.Ion negatif. B.Elektron. B.Ion positif.

• Apa pengaruh arus listrik yang digunakan pada lampu listrik?

A.Magnetik. B. Termal. B.Kimia. G. Ringan dan termal.

• Pergerakan partikel manakah yang dianggap sebagai arah arus dalam suatu penghantar?

A. Elektronov. B.Ion negatif. B.Muatan positif.

• Mengapa logam menjadi panas ketika arus melewatinya?

A. Elektron bebas saling bertabrakan. B. Elektron bebas bertabrakan dengan ion. B. Ion bertabrakan dengan ion.

• Bagaimana resistensi logam berubah ketika didinginkan?

A.Meningkat. B.Menurun. B.Tidak berubah.

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

MENYELESAIKAN MASALAH

1. Hambatan listrik filamen tungsten lampu listrik pada suhu 23 °C sama dengan 4 ohm.

Tentukan hambatan listrik benang tersebut pada suhu 0°C.

(Jawaban: 3,6 ohm)

2. Hambatan listrik filamen tungsten pada 0°C adalah 3,6 ohm. Temukan hambatan listrik

Pada suhu 2700 K.

(Jawaban: 45,5 ohm)

3. Hambatan listrik sebuah kawat pada suhu 20°C adalah 25 Ohm, pada suhu 60°C adalah 20 Ohm. Menemukan

Koefisien suhu hambatan listrik.

(Jawaban: 0,0045 K¯¹)