Elektryczność i Magnetyzm

Wykład: Jan Gaj

Pokazy: Piotr Kossacki, Mateusz Goryca

Wykład szósty 6 marca 2008

Z ostatniego wykładu

Równowaga układu elektrostatycznego Równania Poissona i Laplace’a Wnikanie pola do przewodnika Metoda obrazów I prawo Kirchhoffa, równanie ciągłości Prawo Ohma, ruch nośników w polu

elektrycznym, ruchliwość, czas relaksacji

Jak mierzyć opór?

U

I

A

V

Błąd: amperomierz mierzy natężenie prądu płynącego przez woltomierz

Błąd: woltomierz mierzy spadek napięcia na amperomierzu

U

I

A

V

Amperomierz i woltomierz

Jeżeli mierniki spełniają prawo Ohma, jest kwestią umowy nazywanie ich amperomierzem lub woltomierzem

W praktyce różnią się oporem, np. woltomierz rzędu M, amperomierz rzędu

Czasem warto z tej dowolności skorzystać, na przykład przy pomiarze napięcia miernikiem uniwersalnym w elektrostatyce: Najczulsza skala natężenia prądu 200 A Na zakresie 2 V czułość prądowa 200 nA (10

M)

Jak mierzyć mały opór?

Cu

źródło

V

A

V

źródło

A

Usuwamy wpływ oporu kontaktów

Łączenie oporów

R1

R2

R1 R2

R = R1 + R2 R-1 = R1-1

+ R2-1

szeregowe równoległe

Dzielnik napięcia

V

R1

R2

zasilacz

odbiornik(R)

Uwe

Uwy

Bez obciążenia

Przy obciążeniu oporem R

21

2

RRR

UU wewy

2

21

2

RRRR

R

RUU wewy

Przewodnictwo materiałów

j

Ul

SIj

Czym się różnią różne materiały?

nqPrzykłady: metal n rzędu 1029 m-3, czysta woda n rzędu 1022 m-3

Od czego zależy przewodnictwo?

Od oświetlenia Generacja par elektron-dziura

Od temperatury Zmiana ruchliwości (w metalu) lub

koncentracji (w półprzewodniku)

W krysztale półprzewodnika

Struktura pasmowa

Pasmo przewodnictwa

Pasmo walencyjne

Ene

rgi

a Przerwa energetyczna

Mała energia fotonuE = h

Duża energia fotonu

Jak znaleźć gęstość prądu w ośrodku?

0t

j

0 ε

Równania na gęstość prądu i na natężenie pola elektrycznegomają tę samą formę.Jeśli prawo Ohma jest spełnione, oba wektory są do siebie proporcjonalne. Różne są źródła i warunki brzegowe.

Dioda półprzewodnikowa

Nie spełnia prawa Ohma. W uproszczeniu:

1exp0 kTeU

II k = 0.086 meV/K

I

U

Dioda półprzewodnikowa

elektrony(typ n)

dziury(typ p)

- +I

-+

Doświadczenie Francka-Hertza

James Franck

b. 1882d. 1964

Gustav Ludwig Hertz

b. 1887d. 1975

But Franck and Hertz have developed and refined Lenard's method so that it has become a tool for studying the structure of atoms, ions, molecules and groups of molecules. By means of this method and not least through the work of Franck and Hertz themselves, a great deal of material has been obtained concerning collisions between electrons and matter of different types. Although this material is important, even more important at the present time is the general finding that Bohr's hypotheses concerning the different states of the atom and the connexion between these states and radiation, have been shown to agree completely with reality.

I

Eel

Wyładowanie wyzwalane naelektryzowaną pałką ebonitową

--

Fotodioda lawinowa

Obszar absorpcji

Obszar wzmocnienia

Dioda reaguje na światło

+ –

absorpcja fotonu generacja pary elektron-dziura

Dioda wysyła światło

– +

rekombinacja pary elektron-dziura emisja fotonu