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

2 Z ostatniego wykładu Wizualizacja prądu elektrycznego, elektroforezaNatężenie 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

3 Przewodnictwo materiałówPierwiastek  (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

4 W krysztale półprzewodnika

5 Struktura pasmowa Pasmo przewodnictwa Energia Przerwa energetycznaPasmo walencyjne

6 Klasyfikacja materiałówPasmo przewodnictwa metal Energia elektrony półprzewodnik dielektryk Przerwa energetyczna Pasmo walencyjne elektrony

7 W krysztale półprzewodnikaakceptor donor

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

9 Zależność przewodnictwa od oświetleniaGeneracja par elektrod – dziura Zależność od energii fotonów

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

11 Amperomierz i woltomierzJeżeli 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)

12 Jak mierzyć duży opór? źródło V A Usuwamy wpływ prądu woltomierza

13 Jak mierzyć duży opór? źródło V Usuwamy wpływ prądu woltomierza

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

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

16 Dzielnik napięcia R1 zasilacz Uwe V odbiornik (R) R2 UwyBez obciążenia Przy obciążeniu oporem R

17 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.

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

19 Czy szkło przewodzi prąd?A 240 V

20 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.

21 Dioda półprzewodnikowaU Nie spełnia prawa Ohma. W uproszczeniu: k = meV/K

22 Dioda półprzewodnikowaelektrony (typ n) dziury (typ p) - + - + I

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

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

25 Dioda wysyła światło – + rekombinacja pary elektron-dziuraemisja fotonu