- •«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
- •Физика, часть 3
- •1.Волновая оптика
- •1.1.Световой вектор. Уравнение плоской световой волны
- •1.2. Интерференция световых волн. Условия, необходимые для осуществления интерференции
- •1.3.Условия максимумов и минимумов при интерференции световых волн
- •1.4.Интерференция в тонких пленках
- •1.5. Кольца Ньютона
- •Контрольные вопросы
- •Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля
- •Дифракция от одной щели.
- •Дифракция на одномерной дифракционной решётке
- •Угловая дисперсия и разрешающая способность дифракционной решетки
- •Угловая дисперсия равна:
- •Дифракция рентгеновских лучей на пространственной решетке
- •Поглощение света
- •Поляризация света. Естественный и поляризованный свет
- •Поляризация при отражении и преломлении
- •Двойное лучепpеломление. Поляpизационные пpизмы и поляpоиды. Явление дихpоизма
- •Вpащение плоскости поляpизации. Искуственная оптическая анизотpопия. Эффект Кеppа и его пpименение
- •1.Явления квантовой оптики
- •1.1. Тепловое излучение и его характеристики. Закон Кирхгофа
- •1.2.Законы излучения абсолютно черного тела. Законы Стефана-Больцмана и Вина
- •1.3.Формула Релея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа. Квантовая гипотеза и формула Планка
- •1.4.Оптическая пирометрия
- •1.5.Квантовая природа света. Фотон и его характеристики.
- •1.6. Виды фотоэффекта. Внешний фотоэффект и его законы.
- •1.7. Эффект Комптона
- •1.8. Коpпускуляpно-волновой дуализм свойств света
- •1.9. Контрольные вопросы и задачи к разделу «Явления квантовой оптики»
- •2.Элементы квантовой механики
- •2.1. Гипотеза де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц
- •Опыты Девиссона и Джермера (1927г.)
- •Опыты Тартаковского и Томсона (1928 г.)
- •2.2. Соотношение неопределенностей
- •Волновая функция
- •Уравнение Шредингера
- •2.5.Задача квантовой механики о движении свободной частицы
- •Задача квантовой механики о частице в одномерной прямоугольной потенциальной яме
- •Понятие о туннельном эффекте
- •1. Автоэлектронная (холодная) эмиссия электронов
- •1.8. Атом водорода в квантовой механике. Квантовые числа
- •Здесь и совпадает с формулой радиуса первой боровской орбиты; численное значение этого параметра равно;a – множитель, который можно определить из условия нормировки волновой функции:
- •2.10. Спин электрона. Принцип Паули
- •2.11. Спектр атома водорода
- •2.12. Распpеделение электpонов в атоме по энеpгетическим состояниям. Пеpиодическая система элементов д.И.Менделеева
- •2.13. Рентгеновское излучение
- •2.14. Поглощение света, спонтанное и вынужденное излучения
- •2.15. Лазеры
- •1. Инверсия населенностей
- •2. 16. Способы создания инверсии населенностей
- •2.17. Положительная обратная связь. Резонатор
- •2.18. Принципиальная схема лазера
- •2.17. Линейный гаpмонический осциллятоp
- •3.6. Понятие о квантовой теории электропроводности металлов
- •3.7. Явление сверхпроводимости. Свойства сверхпроводников
- •Критические температуры перехода для некоторых сверхпроводников
- •4.Зонная теория твёрдых тел
- •4.1. Энергетические зоны электронов в кристалле
- •4.2. Металлы, полупроводники, диэлектрики в зонной теории твёрдых тел
- •4.3.Полупроводники. Собственная проводимость полупроводников
- •4.4. Примесная проводимость полупроводников
- •4.5. Равновесные концентрации носителей заряда в полупроводнике
- •4.6. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры
- •Электронно-дырочный переход
- •Внутренний фотоэффект
- •Воздействие излучения на полупроводник. Фоторезистивный эффект
- •Устройство и характеристики фоторезисторов
- •Применение фоторезисторов
- •Фотоэффект в электронно-дырочном переходе. Фото-э.Д.С.
- •Применение вентильного фотоэффекта
- •Биполярный транзистор
- •Состав и характеристики атомного ядра
- •Характеристики атомного ядра
- •Ядерные силы
- •Понятие об обменном характере ядерных сил. Кванты ядерного поля
- •Радиоактивность
- •Ядерные реакции
- •Деление атомных ядер
- •Элементарные частицы
- •2 Кристаллические решетки твердых тел представляют собой периодические структуры и являются естественными трехмерными дифракционными решетками.
Биполярный транзистор
Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трёх областей с чередующимися типами проводимости.Эти области разделяются электронно-дырочными переходами. Особенность работы транзистора состоит в том, что ток одного изp-n-переходов может управлять током другого.
В зависимости от порядка чередования областей различают n-p-nиp-n-p- транзисторы (рис. ).
Узкую область транзистора, расположенную междуp-n-переходами, называютбазой. Примыкающие к базе области называют эмиттером и коллектором, а соответствующиеp-n-переходы - эмиттерным и коллекторным.
Назначение эмиттера: инжекция носителей заряда в область базы. Назначение коллектора: экстракция носителей из области базы.
Ширина базы в полупроводниковом триоде мала по сравнению с диффузионной длиной неосновных носителей и составляет обычно несколько десятков микрон.
Энергетическая диаграмма p-n-pтранзистора в отсутствие внешнего напряжения представлена на рисунке .
При работе триода в активном режимена эмиттерный переход подаётся небольшое постоянное напряжение (десятые доли вольта) в прямом направлении. На коллекторный переход подаётся постоянное обратное напряжение (от нескольких вольт до десятков вольт).
Различают три схемы включения транзистора:
с общим эмиттером;
с общей базой;
с общим коллектором.
Общий электрод – тот, относительно которого измеряют и задают напряжения.
Рассмотрим физические процессы, протекающие вp-n-p – транзисторе, включённого по схемес общей базой(рис.).
На этом рисунке:
Uвх – входной переменный сигнал; он подаётся на небольшое входное сопротивлениеRвх.
Uвых–выходной переменный сигнал; он снимается с выходного сопротивленияRвых.
В статическом режиме, когда входной сигнал не подаётся (Uвх=0), под действием напряженияUэиз эмиттера в базу устремляется поток дырок (инжекция), В области базы дырки являются неосновными носителями. Так как ширина области базы невелика, то большая часть инжектированных дырок (95 - 98%), диффундируя, доходят до коллекторного перехода. Электрическое поле коллекторного перехода является для них ускоряющим. Дырки проходят через коллекторный переход, образуя коллекторный ток, при этомIк (0,95 – 0,98 Iэ.
Подадим на вход транзистора переменное напряжение Uвх. Изменение тока эмиттера
.
Изменение тока коллектора
.
Так как , то
,.
Так как , то
.
Таким образом, использование транзистора позволяет получить усиление напряжения и мощности.
Состав и характеристики атомного ядра
Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса и его положительный заряд.
Атомное ядро было открыто Резерфордом (1911 г.) в экспериментах по рассеиванию - частиц веществом.
В 1932г. Иваненко и Гейзенберг создали протонно-нейтроннуюмодель ядра. Согласно этой модели в состав ядра входятпротоныинейтроны. Протоны и нейтроны считаются двумя различными зарядовыми состояниями одной частицы –нуклона.
В ядерной физике принято выражать массу в единицах энергии (обычно в мегаэлектронвольтах, сокращенно МэВ). В основе этого лежит закон эквивалентности массы и энергии:
E=mc2
Применяется также другая единица – атомная единица массы (сокращенно а.е.м.); 1 а.е.м. эквивалентна 931,5 МэВ.
Характеристики нуклонов
Протон.Обозначается буквойp. Обладает электрическим зарядом+e; масса протонаmР = 938,28 МэВ. Масса электрона (для сравнения) равнаmе = 0,511 МэВ. Таким образом,mР= 1836me
Протон имеет полуцелый спин Sp =и собственный магнитный моментр = 2,79я . Величиная называется ядерным магнетоном и является единицей измерения магнитных моментов ядер. Значение этой величины равно:
(1)
Единицей измерения магнитных моментов электронов атома является магнетон Бора:
. (2)
Отношение этих величин равно:
= 1836
Магнетон Бора в 1836 раз больше ядерного магнетона. Отсюда следует, что магнитные свойства атома определяются магнитными свойствами его электронов.
Нейтрон(n). Был открыт Чедвиком (1932 г.). Электрический заряд нейтрона равен нулю. Масса нейтронаmn = 939,57 МэВи превышает массу протона приблизительно на 2,5 массы электрона(mn – mр 2,5mе).Нейтрон имеет полуцелый спинSn = и собственный магнитный моментn = 1,91 я .
В свободном состоянии нейтрон нестабилен и распадается по схеме: ~
(3)
Период полураспада составляет приблизительно 12 минут.