Билет 24
1. Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи.
2. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Термо- и фоторезисторы.
3. (Задача на второй закон Ньютона)
1. Согласно протонно – нейтронной модели атомные ядра состоят из элементарных частиц двух видов: протонов и нейтронов. Известно, что заряд электрона примерно равен заряду протона = 1,6*10^-19 Кл, а масса протона =1,6726 * 10^-27 кг или 1,00728 а.е.м. Нейтрон не имеет электрического заряда, его масса равна 1,00867 а.е.м. .1 а.е.м.=1,6605*10^-27 кг и соответствует энергии 931,5 МэВ. Число протонов в ядре называют зарядом ядра. Массовым числом ядра А называют сумму числа протонов Z и числа нейтронов N А=Z+N.
Изотопы – ядра с одинаковой массой.
Минимальную энергию, которую нужно затратить для разделения атомного ядра на составляющие его нуклоны, называют энергией связи. Эта энергия расходуется на совершение работы против действия ядерных сил притяжения между нуклонами. На основе закона сохранения энергии можно утверждать, что при образовании ядра из отдельных нуклонов выделяется энергия, равная энергия связи. E=mc^2. Всякое изменение энергии системы на дельта Е сопровождается изменением ее массы дельта m на величину дельтаЕ/c^2. Точнейшие измерения массы ядер показывают, что сумма масс покоя протонов и нейтронов, составляющих данное ядро больше массы покоя этого ядра. Разность масс дельта M=Zm+Nm – Mя.
2. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Термо- и фоторезисторы.
Полупроводник – это класс веществ, занимающих промежуточное положение между веществами, хорошо проводящими электрический ток, и веществами, практически не проводящим электрического тока. Для них характерна сильная зависимость их свойств и характеристик от микроскопических количеств содержащихся в них примесей. Важное свойство полупроводников состоит в том, что электрический ток переносится в них не только отрицательными зарядами – электронами, но и равными им по величие положительными зарядами – дырками. Атомы в кристалле полупроводника связаны между собой с помощью электронов внешней электронной оболочки. При тепловых колебаниях атомов тепловая энергия неравномерно распределяется между электронами, образующими связи. Отдельные электроны могут получать количество тепловой энергии, достаточное для того, чтобы «оторваться» от своего атома и получить возможность свободно перемещаться в кристалле, те стать потенциальными носителями тока. Такой уход электрона нарушает электрическую нейтральность атома, у которого возникает положительный заряд, равный по величине заряду ушедшего электрона. Это вакантное место называется дыркой. Так как вакантное место может быть занято электроном соседней связи, дырка также может перемещаться внутри кристалла и являться уже положительным носителем тока. Естественно, что электроны и дырки при этих условиях возникают в равных количествах, и электропроводность такого идеального кристалла будет в равной степени определяться как положительными, так и отрицательными зарядами. Если на место атома основного полупроводника поместить атом примеси, во внешней электронной оболочке которого содержится на один электрон больше, чем у атома основного полупроводника, то такой электрон окажется как бы лишним. Достаточно в десятки раз меньше энергии, чтобы оторвать его от своего атома и превратить в свободный электрон. Такие примеси называются донорными, те отдающими лишний электрон. Введение в полупроводник примесей, внешняя электронная оболочка которого содержит меньшее количество электронов, приводит к появлению незаполненных связей, и дырка получает возможность свободно перемещаться по кристаллу. Иными словами, движение дырки – это последовательный переход электронов из одной соседней связи в другую. Такие примеси, принимающие электрон, называются акцепторными. С увеличением количества примесей того или иного типа электропроводность кристалла начинает приобретать все более выраженный электронный или дырочный характер. Электропроводимость бывает n-типа и p-типа.