Elektryczność i Magnetyzm Wykład: Jan Gaj Pokazy: Tomasz Kazimierczuk/Karol Nogajewski, Tomasz Jakubczyk Wykład ósmy 11 marca 2010

Z ostatniego wykładu Wizualizacja prądu elektrycznego, elektroforeza Natężenie prądu, jednostka, pomiar I prawo Kirchhoffa – postać całkowa i lokalna Mikroskopowy obraz prądu elektrycznego: gęstość prądu, ruchliwość, czas relaksacji Prawo Ohma – postać całkowa i lokalna Układy do jednoczesnego pomiaru napięcia i natężenia prądu Zależność oporu elektrycznego od temperatury

Przewodnictwo materiałów Pierwiastek  (nm) Cu 17 Al 27 Ag 16 Fe 96 Ti 420 Au 22 Mn 1440 S 2×1015 Ωm Czym się różnią różne materiały? Przykłady: metal n rzędu 1029 m-3, czysta woda n rzędu 1022 m-3

W krysztale półprzewodnika

Struktura pasmowa Pasmo przewodnictwa Energia Przerwa energetyczna Pasmo walencyjne

Klasyfikacja materiałów Pasmo przewodnictwa metal Energia elektrony półprzewodnik dielektryk Przerwa energetyczna Pasmo walencyjne elektrony

W krysztale półprzewodnika akceptor donor

Klasyfikacja półprzewodników Pasmo przewodnictwa Energia typu n Przerwa energetyczna typu p samoistny dziury Pasmo walencyjne elektrony

Zależność przewodnictwa od oświetlenia Generacja par elektrod – dziura Zależność od energii fotonów

Mała energia fotonu E = h Wpływ światła Pasmo przewodnictwa Duża energia fotonu Mała energia fotonu E = h Energia Przerwa energetyczna Pasmo walencyjne

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 duży opór? źródło V A Usuwamy wpływ prądu woltomierza

Jak mierzyć duży opór? źródło V Usuwamy wpływ prądu woltomierza

Jak mierzyć mały opór? Cu V źródło A źródło V A Usuwamy wpływ oporu kontaktów

Łączenie oporów szeregowe równoległe R1 R1 R2 R2 R = R1 + R2

Dzielnik napięcia R1 zasilacz Uwe V odbiornik (R) R2 Uwy Bez obciążenia Przy obciążeniu oporem R

Jak znaleźć gęstość prądu w ośrodku? Równania na gęstość prądu i na natężenie pola elektrycznego mają tę samą formę. Jeśli prawo Ohma jest spełnione, oba wektory są do siebie proporcjonalne. Różne są źródła i warunki brzegowe. Uwaga: w warunkach stacjonarnych div j zawsze znika, a div  niekoniecznie.

Nadprzewodnik TC Metal TC [K] Al 1,2 In 3,4 Sn 3,7 Hg 4,2 Ta 4,5 V 5,4 Pb 7,2 Nb 9,3 R () TC T (K) Rekord: 138 K dla związku (Hg0.8Tl0.2)Ba2Ca2Cu3O8.33.

Czy szkło przewodzi prąd? A 240 V

Jak znaleźć gęstość prądu w ośrodku? Równania na gęstość prądu i na natężenie pola elektrycznego mają tę samą formę. Jeśli prawo Ohma jest spełnione, oba wektory są do siebie proporcjonalne. Różne są źródła i warunki brzegowe. Uwaga: w warunkach stacjonarnych div j zawsze znika, a div  niekoniecznie.

Dioda półprzewodnikowa U Nie spełnia prawa Ohma. W uproszczeniu: k = 0.086 meV/K

Dioda półprzewodnikowa elektrony (typ n) dziury (typ p) - + - + I

Dioda reaguje na światło + – absorpcja fotonu generacja pary elektron-dziura

Fotodioda lawinowa x Obszar absorpcji Obszar wzmocnienia - - - +++

Dioda wysyła światło – + rekombinacja pary elektron-dziura emisja fotonu