ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ.

ТЕОРИЯ.

Полупроводники по электропроводности занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Собственная проводимость полупроводниковобычно невелика исвязана с движением равного количества электронов и положительно заряженных дырок. Концентрация носителей заряда в полупроводниках при комнатной температуре значительно меньше, чем в металлах, поэтому удельное сопротивление полупроводников обычно больше, чем у металлов, и с понижением температуры оно, в отличие от металлов, возрастает и все более становится похожим на диэлектрик.

При наличии примесей в полупроводниках наряду с собственной проводимостью дополнительно возникает примесная проводимость. Если в качестве примеси используется элемент, валентность которого на единицу меньше, чем валентность данного полупроводника (акцепторная примесь),то для образования нормальных парноэлектронных связей с соседними атомами атому примеси недостает одного электрона: в результате образуется дырка. Такие полупроводники называются полупроводниками р-типа (основные носители заряда в них - дырки, неосновные - электроны). Если же валентность примеси на единицу больше, чем у полупроводника (донорная примесь),то один из электронов в атоме примеси, не участвуя в химической связи, легко покидает атом и становится свободным. Получается полупроводник n -типа (основные носители - электроны, неосновные - дырки).

Область контакта полупроводников двух типов называют р-п-переходом.При наличии такого контакта электроны начинают диффундировать из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа, а дырки - им навстречу. В результате этого n-область заряжается положительно, а р-область - отрицательно, и появляется электрическое поле, которое прекращает диффузию электронов и дырок. Если включить полупроводник с р-n-переходом в электрическую цепь, присоединив р-область к положительному полюсу, а n-область - к отрицательному (прямое включение), то сопротивление перехода будет незначительным. При обратном включении р-n-переход практически не пропускает тока. Это свойство используется в полупроводниковых диодах, которые применяются в электронной технике для выпрямления электрического тока. Транзистор,или полупроводниковый триод состоит из трех последовательно соединенных разных полупроводников с двумя областями контакта. Среднюю область соединения называют базойтранзистора, а две крайние области, обладающие проводимостью противоположного базе типа, называют коллектором и эмиттером.В зависимости от типа проводимости базы различают транзисторы с р-n-р-переходом и с n-р-n-переходом. Для приведения в действие на коллектор транзистора типа п-р-п подают напряжение отрицательной полярности относительно эмиттера. Напряжение на базе может быть как положительным, так и отрицательным по отношению к эмиттеру. Основным рабочим состоянием транзистора в большинстве электрических схем является активное состояние, при котором к эмиттерному р-n-переходу приложено напряжение в пропускном направлении, а к коллекторному - в запирающем направлении. Транзистор можно рассматривать как устройство, распределяющее ток, протекающий через один из его электродов - эмиттер, в заданном соотношении между двумя другими электродами - базой и коллектором. Эта способность транзисторов используется для усиления электрических сигналов, в качестве которых они широко применяются в аудио- и видеоаппаратуре. В виде бесконтактного переключательного элемента транзистор также используется в различных приборах автоматического управления.

Молекулы кислот, солей и щелочей при растворении в воде распадаются на положительные и отрицательные ионы за счет уменьшения силы их взаимодействия в воде в 81 раз. Этот процесс называется диссоциацией, а подобные растворы, обладающие электрической проводимостью, называют электролитами. При прохождении через эти растворы электрического тока положительные ионы перемещаются к катоду (отрицательному электроду), отрицательные - к аноду (положительному электроду). На электродах происходят химические реакция с выделением вещества. Процесс выделения на электродах вещества при прохождении тока через электролит называется электролизом. Этот процесс может идти не только в водных растворах кислот, солей и оснований, но и в расплавах твердых солей.

Закон электролиза, открытый М. Фарадеем: масса вещества, выделившегося на электроде за время t при прохождении через электролит тока силой I, пропорциональна силе тока и времени, т. е.

где k— электрохимический эквивалент данного вещества. Он численно равен массе выделившегося на электроде вещества при прохождении через электролит заряда в 1 Кл.

F = 9,65· 10⁴ Кл/моль - число Фарадея, М — молярная масса, n - валентность.

Электролиз широко применяется в технике, например в гальваностегии — покрытии поверхности одного металла тонким слоем другого (хромирование, никелирование и т. д.).

Электрический ток в газах в обычных условиях отсутствует, так как в этом случае вещество в газообразном состоянии является изолятором. Явление прохождения электрического тока через газ, наблюдаемое при условии какого-либо внешнего воздействия (например, нагрева), называется несамостоятельным электрическим разрядом. При увеличении напряженности электрического поля до некоторого определенного значения, зависящего от природы газа и его давления, в газе возникает электрический ток, обусловленный ионизацией атомов и молекул вследствие ударов электрона. Такой процесс называется самостоятельным электрическим разрядом. Газ, в котором значительная часть атомов или молекул ионизована, называется плазмой. Обычно это состояние достигается при высоких температурах газа.

Испускание электронов нагретыми телами называется термоэлектронной эмиссией. Чтобы вылететь из тела, преодолев силы притяжения со стороны положительных ионов, электроны должны обладать достаточной для этого кинетической энергией. При комнатной температуре таких электронов немного, но с ростом температуры их число растет. Термоэлектронная эмиссия у металлов, например, наблюдается при температурах свыше 1000 К. Работа, которую должен совершить термоэлектрон, чтобы вылететь за пределы тела — эмиттера, называется работой выхода. Для создания тока в вакууме необходимо, кроме поля, иметь в наличии носители заряда. Поэтому в электронных вакуумных приборах катод (отрицательный электрод) обычно делается с подогревом, чтобы он испускал электроны - носители тока. Данный подход широко используется в технике. Вакуумный диод - это стеклянный или металлический баллон, из которого выкачен воздух и в который впаяны накаливаемый катод и холодный анод. При нагревании катода он начинает эмитировать электроны, и если включить диод в электрическую цепь, соединив катод с отрицательным полюсом источника, а анод - с положительным, то термоэлектроны полетят от катода к аноду: в цепи пойдет ток. Если же включить диод в обратном направлении, то термоэлектроны будут отталкиваться обратно к катоду и ток через диод не пойдет, Благодаря односторонней проводимости диода его можно использовать для выпрямления переменного тока. Вакуумный триод устроен так же, как и диод, однако на пути электронов от катода к аноду в триоде располагается третий электрод, называемый сеткой. Если на сетку подается положительный потенциал относительно катода, то значительная часть электронов пролетает от катода к аноду, и в цени анода существует электрический ток. При подаче на сетку отрицательного потенциала относительно катода электрическое поле между сеткой и катодом препятствует движению электронов от катода к аноду, анодный ток убывает. Таким образом, изменяя напряжение между сеткой и катодом, можно регулировать силу тока в цепи анода.

Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянный баллон, из которого выкачан воздух. Передняя стенка баллона покрыта люминофором, светящимся от ударов электронов, В противоположном конце баллона находится электронная пушка, основной частью которой является катод косвенного накала, эмитирующий электроны, из которых затем с помощью нескольких электродов формируется электронный луч. Для управления перемещения электронного луча по экрану используют пары пластин - вертикально-отклоняющие и горизонтально-отклоняющие.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ.

ВАРИАНТ 1.

Определить массу выделившей меди, если на ванну подавалось напряжение 6 В при электролизе раствора медного купороса и было затрачено 720 МДж энергии ( k = 0,33·10^-6 кг/Кл)

A ) ≈ 18 кг B ) ≈ 39,5 кг C ) ≈ 36,5 кг D ) ≈ 0,18 кг E ) ≈ 42 кг

Связь между массой вещества, выделяющегося на электроде, и валентностью этого вещества

A ) Выделяемая масса прямо пропорциональна валентности
B ) Выделяемая масса вещества прямо пропорциональна квадрату валентности
C ) Выделяемая масса обратно пропорциональна квадрату валентности
D ) Выделяемая масса обратно пропорциональна валентности
E ) Не существует

Ток в водном растворе соли создается

A ) только ионами
B ) электронами и ионами
C ) электронами и "дырками"
D ) только электронами
E ) ионами и "дырками".

Полупроводниковые материалы без примесей обладают

A ) в равной степени электронной и дырочной проводимостью
B ) только электронной проводимостью
C ) только дырочной проводимостью
D ) ионной и электронной проводимостью
E ) ионной проводимостью

При электролизе воды через ванну проходит заряд 5000 кулон. Выделившейся кислород занимает объем 0,5 л и находится под давлением 130 кПа. При этом его температура равна ( k = 0,083·10^-6 кг/Кл;М=32·10^-3 кг/моль; R = 8,31Дж/моль·К)

A ) 300 К
B ) 371 К
C ) 351 К
D ) 603 К
E ) 361 К

Преобладающим видом проводимости у полупроводников с акцепторными примесями является

A ) Ионная
B ) Электронная и дырочная
C ) Дырочная
D ) Электронная
E ) Ионная и электронная

При электролизе в первой ванне выделилось 39 г цинка, за это время во второй ванне выделилось 22,4 г железа; электролитические ванны соединены последовательно. Определите валентность железа, если цинк двухвалентен (М_цинк = 65 г/моль, М_железа = 56 г/моль).

A) 2.
B) 3
C) 4
D) 5
E) 1

Носителями свободных электрических зарядов в электролитах являются

A ) Электроны и отрицательные ионы
B ) Электроны или положительные ионы
C ) Положительные и отрицательные ионы
D ) Электроны
E ) Только положительные ионы

Через какое время медный анод станет тоньше на 3,3 мкм при плотности тока на электролите 89 А/м²? ( k =3,3·10^-7кг/Кл; ρ=8,9·10³кг/м³)

A ) 100 с
B ) 10 мин
C ) 10 с
D ) 1000 с
E ) 100 мин

Напряжение на диоде 45,5 В. Электрон, эмитировавший из катода, долетает до анода вакуумного диода со скоростью ( m_e =9,1·10^{-31 кг; е = 1,6·10-19}Кл)

A ) 4·10⁶м/с
B ) 5·10⁶м/с
C ) 3·10^бм/с
D ) 0,3·10⁶м/с
E ) 2·10⁶м/с

Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 71; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!