- •Закон сохранения заряда. Закон Кулона.
- •2. Уравнение непрерывности. Закон Ома для однородного участка проводника. Уравнение непрерывности
- •Закон Ома для однородного участка проводника
- •Сторонние силы. Эдс
- •Закон Ома для неоднородного участка цепи
- •Напряженность электростатического поля двух
- •Первое правило Кирхгофа
- •Переходные процессы в конденсаторах (зарядка конденсатора).
- •Формула 1 — закон электромагнитной индукции для движущегося точечного заряда
- •Формула 2 — модуль вектора индукции
- •Магнитное поле соленоида
- •Проводники в электрическом поле.
- •Зонная теория
- •Полупроводник n-типа
- •Полупроводник p-типа
- •16. Момент сил, действующий на контур с током
- •По модулю
- •После интегрирования получим
- •Плотность энергии электрического поля
- •Энергия заряженного конденсатора
- •. Индуктивность
- •1. Теорема Гаусса в интегральной форме
- •2. Теорема Гаусса в дифференциальной форме.
- •Электрическое поле равномерно заряженной плоскости
- •Энергия диполя
- •2.6.2. Теорема Гаусса для поля вектора электрического смещения
- •2.7. Связь между векторами и
Зонная теория
Зонная теория описывает наличие или отсутствие свободных носителей зарядов, относительно определенных энергетических слоев. Энергетическим уровнем или слоем называют количество энергии электронов (ядер атомов, молекул – простых частиц), их измеряют в величине Электронвольты (ЭВ).
На изображении ниже показаны три вида материалов с их энергетическими уровнями:
Полупроводник n-типа
По виду проводимости полупроводники подразделяют на n-тип и р-тип. Полупроводник n-типа имеет примесную природу и проводит электрический ток подобно металлам. Примесные элементы, которые добавляют в полупроводники для получения полупроводников n-типа, называются донорными. Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд, переносимый свободным электроном. Теория процесса переноса заряда описывается следующим образом: В четырёхвалентный Si кремний добавляют примесный элемент, пятивалентный As мышьяка. В процессе взаимодействия каждый атом мышьяка вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Но остается пятый свободный атом мышьяка, которому нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную орбиту, где для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный, способный переносить заряд. Таким образом перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Также сурьмой Sb улучшают свойства одного из самых важных полупроводников – германия Ge.
Полупроводник p-типа
Полупроводник p-типа, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными. «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Например в полупроводник, четырёхвалентный Si кремний, добавляют небольшое количество атомов трехвалентного In индия. Индий в нашем случае будет примесным элементом, атомы которого устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Но у кремния остается одна свободная связь в то время, как у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, образуя так называемую дырку и соответственно дырочный переход. По такой же схеме In ндий сообщает Ge германию дырочную проводимость.
Обратите внимание, что у проводника энергетические уровни от валентной зоны до зоны проводимости объединены в неразрывную диаграмму. Зона проводимости и валентная зоны накладываются друг на друга, это называется зоной перекрытия. В зависимости от наличия электрического поля (напряжения), температуры и прочих факторов количество электронов может изменяться. Благодаря вышеописанному, электроны могут передвигаться в проводниках, даже если сообщить им какое-то минимальное количество энергии.
У полупроводника между зоной валентности и зоной проводимости присутствует определенная запрещенная. Ширина запрещенной зоны описывает, какое количество энергии нужно сообщить полупроводнику, чтобы начал протекать ток.
У диэлектрика диаграмма похожа на ту, которая описывает полупроводники, однако отличие лишь в ширине запрещенной зоны – она здесь во много раз большая. Различия обусловлены внутренним строением и вещества.
Мы рассмотрели основные три типа материалов и привели их примеры и особенности. Главным их отличием является способность проводить ток. Поэтому каждый из них нашел свою сферу применения: проводники используются для передачи электроэнергии, диэлектрики – для изоляции токоведущих частей, полупроводники – для электроники. Надеемся, предоставленная информация помогла вам понять, что собой представляют проводники, полупроводники и диэлектрики в электрическом поле, а также в чем их отличие между собой.
2. Закон Био-Савара-Лапласа. Момент сил, действующий на контур с током
Закон Био-Савара-Лапласа
Рис.
6.21
т. е. q = dV, где dV - элемент объема, тогда
. (6.64)
Плотность тока в элементе проводника j = noqv = (N=1).
Поэтому формулу (6.64) перепишем в виде
. (6.65)
Если ток течет по проводу площадью поперечного сечения S,
то объемный элемент тока jdV равен линейному элементу тока , т. е.
jdV = .
С учетом этого формула (6.65) принимает вид (6.66)
или . (6.67)
Формулы (6.66) и (6.67) называют законом Био-Савара-Лапласа.