1.6. Приложения на електричния ток в различни среди


Въпроси

1. На какво се дължи електропроводимостта на металите?

Отговор.

Електропроводимостта на металите се дължи на свободните електрони, откъснали се от атомите на метала. И свободните електрони, и положителните йони, получени след като атомите са се лишили от тях, участват в хаотичното движение. Когато в метала се създаде електрично поле, насочено започват да се движат само електроните, докато йоните продължават да трептят около възлите на металната решетка.


2. Каква е същността на явлението свръхпроводимост?
Отговор.

Същността на свръхпроводимостта е в рязко намаляване до пълно изчезване на съпротивление на един проводник при понижаване на температурата му под една критична стойност.


3. Защо използването на свръхпроводници би на­малило загубите при пренасяне на електроенергия?
Отговор.

Използването на свръхпроводници при пренос на електроенергия би намалило загубите, защото при липсата на съпротивление (R = 0) в тях не се отделя джаулева топлина (Q = RIt).


4. Кой процес води до образуване на токови носители в електролитите и на какво се дължи той?
Отговор.

Токови носители в електролитите се образуват в резултат на процеса електролитна дисоциация. Този процес се дължи на хаотичното движение на градивните частици на течността: енергиите на някои от тях може да се окажат достатъчно големи, така че при удар неутралните молекули да се разпаднат на положителни и отрицателни йони.


5. От какво зависи концентрацията на токовите носители в електролитите?
Отговор.

Концентрацията на токовите носители зависи от вида на разтворителя и от концентрацията на разтвора, но когато тези фактори са фиксирани, тя зависи от температурата: с повишаване на температурата расте кинетичната енергия на хаотичното движение и по-голям брой молекули се разпадат на йони за единица време при удари помежду си.


6. Как съпротивлението на електро­литите зависи от температурата?
Отговор.

При повишаване на температурата концентрацията на токовите носители в електролитите расте, а това предизвиква намаляване на съпротивлението им.


7. При какви условия може да протече ток в газове?.
Отговор.

Ток в газове може да протече, при условие че в тях се появят токови носители – електрони и йони.


8. Кои са токовите носители в газовете?
Отговор.

Токови носители в газовете са електрони и положителни йони.


9. Какъв е механизмът на възникване на токови носители в газовете?
Отговор.

Токови носители в газ възникват, когато една молекула погълне енергия, достатъчна за откъсване на електрон от нея. Това може да стане под въздействие на йонизираща причина, при достатъчно висока температура, при наличие на силно електрично поле, което да ускори достатъчно появили се по някаква причина токови носители така, че те да придобият енергия, достатъчна за йонизиране на други молекули.


10. Какви йонизиращи причини познавате?
Отговор.

Йонизиращи причини са ултравиолетовите и рентгеновите лъчи, както и лъченията, изпускани при радиоактивните разпадания на атомните ядра.


11. Къде в практиката се използва газов разряд?
Отговор.

Приложенията на газовия разряд са разнообразни. Волтовата дъга се използва за рязане и заваряване на метали и като източник на светлина. Нискотемпературното светене при газов разряд в разредени газове намира приложение в осветителни тела, рекламни тръби и др.


12. Откъде носят названието си полупроводниците?
Отговор.

Названието полупроводник произтича от факта, че специфичното съпротивление на полупроводниците е по-голямо от това на проводниците, но по-малко от специфичното съпротивление на диелектриците (което в идеалния случай е нула).


13. Кои са най-характерните свойства на полупроводниците?
Отговор.

Най-характерно свойство на полупроводниците е силната зависимост на тяхното съпротивление от фактори като наличие и концентрация на примеси, температура, осветление и др.


14. На какви токо­ви носители се дължи собствената проводимост на полупроводниците?
Отговор.

Собствената проводимост на полупроводниците се дължи на свободни електрони и дупки в тях, чиито концентрации са равни, защото на всеки освободен електрон съответства некомпенсиран положителен заряд – дупка.


15. Защо съпротивлението на полупроводниците намалява, а на металите - расте с повишаване на температурата?
Отговор.

Съпротивлението на металите расте с повишаване на температурата, защото при по-висока температура се увеличава средната скорост на хаотичното движение на градивните частици, ударите на свободните електрони зачестяват и така дрейфовата им скорост намалява. И понеже повишаването на температурата практически не влияе върху концентрацията на токовите носители, съпротивлението на метала расте.
Зачестяване на ударите с повишаване на температурата съществува и при полупроводниците, но при тях намаляването на съпротивлението се определя от друг преобладаващ процес: повишаването на температурата предизвиква силно увеличаване на концентрацията на токовите носители.


16. На какво се дължи примесната n-проводимост?
Отговор.

Примесната n-проводимост се дължи на електрони, откъснати от примесни атоми в един полупроводник при ударите между градивните частици на образеца. Оставащият след освобождаването положителен йон не участва в проводимостта, защото е свързан с кристалната решетка.


17. На какво се дължи примесната р-проводимост?
Отговор.

Примесната р-проводимост се дължи на дупки, получени след като в резултат на ударите при хаотичното трептене на градивните частици електрон от един примесен атом премине към атом на полупроводника. Полученият отрицателен йон не участва в насоченото движение, защото е свързан с кристалната решетка.


18. Защо йоните на примесните атоми не участват в протичането на тока?
Отговор.

Йоните на примесните атоми не участват в протичането на тока, защото са свързани в кристалната решетка и могат да извършват само хаотични трептения.


19. Как възниква контактното електрично поле в един р-n-преход?
Отговор.

Контактното електрично поле в един р-n-преход възниква, тъй като при хаотичното си движение някои електрони от n-областта преминават в р-областта, рекомбинират с дупки и там се получава некомпенсиран отрицателен заряд. По подобен начин при хаотичното си движение някои дупки от р-областта преминават в n-областта и рекомбинират с електрони, като там остава некомпенсиран положителен заряд. Некомпенсираните заряди създават в прехода електрично поле с посока от n-областта към р-областта.


20. На какво се дължи голямото съпротивление на р-n-прехода?
Отговор.

Голямото съпротивление на р-n-прехода се дължи на факта, че вследствие на рекомбинацията между електрони и дупки от двете страни на прехода концентрацията на токовите носители намалява значително.


21. На какво се дължи еднопосочната проводимост на р-n-прехода?
Отговор.

Еднопосочната проводимост на р-n-прехода се дължи на контактното електрично поле. Когато посоката на външното електрично поле е противоположна на посоката на контактното поле (т.е. – когато преходът е включен в пропускаща посока), под въздействие на външното поле дупки от р-областта и електрони от n-областта навлизат в прехода. В резултат широчината на обеднения на токови носители слой, а заедно с това и съпротивлението му намаляват.
Когато посоките на външното и на контактното електрично поле съвпадат, общото поле в р-n-прехода се увеличава, увеличава се и широчината на обеднения на токови носители слой, а заедно с това – и съпротивлението на прехода.


22. Какви прилики и разлики има в начина на получаване на токови носители в електролити, газове и по­лупроводници?
Отговор.

Първата прилика между трите среди е, че при абсолютната нула те са диелектрици. Втората прилика е, че над абсолютната нула поради хаотичното движение на градивните частици се появяват токови носители, което е и причината за зависимостта на проводимостта от температурата. Разликите започват от характера на тази зависимост. Докато при електролитите и полупроводниците и при стайна температура енергията на хаотичното движение е достатъчна за образуване на токови носители, за газовете са необходими много по-високи температури (стотици и хиляди градуси). Разликата между електролитите и полупроводниците е в това, че проводимостта на полупроводниците зависи много повече от температурата, отколкото на електролитите. Проводимостта на полупроводниците зависи силно и от фактори като наличие на примеси, осветеност и т.н. За газовете пък е характерно, че в тях необходимата за поява на токови носители енергия може да се достави от йонизираща причина.










 

Учебно съдържание Самопроверка
>> Въпроси и задачи