Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 365 dotazů obsahujících »jev«
225) Vodivostní pás a vedení elektrického proudu
14. 11. 2003
Dotaz: Zajímalo by mě, jakým způsobem se v kovu přenáší el. proud, nechápu pojem
"vodivostní pás". Znamená to, že elektrony se pohybují jen z jednoho vodivostního
pásu do druhého, kde "vyrazí" další elektron, a to je přenos proudu? (Jana Šupíková)
Odpověď: Elektrický proud v kovech vedou elektrony, které se téměř volně pohybují v
mřížce atomů kmitajících kolem rovnovážných poloh. Tyto elektrony se
oddělily od atomů, které mají tím pádem kladný náboj a elektronům
znesnadňují pohyb. Kov má proto elektrický odpor. K tomu, aby tekl kovovým
drátem elektrický proud, musí se na jeho konce přiložit elektrické napětí.
Jak se s klesající teplotou zmenšují kmity atomů mřížky, klesá i elektrický
odpor. Neklesne na nulu, protože elektronům stojí v cestě i nečistoty,
nepravidelnosti a poruchy mřížky, které jsou vždycky přítomny. Tento zdroj
odporu na teplotě nezávisí a projeví se tedy v nízkých teplotách. Čím je
materiál čistší, tím lépe vede elektrický proud.
Toto je tedy klasický pohled na vedení proudu v kovech. Mnohé jevy v
mikrosvětě vysvětlíme však jen s pomoci kvantové teorie. Elektron si nelze
představovat jako přesně ohraničenou kuličku, popisuje se spíše vlnovou
funkc9 a vyskytuje se tam, kde má vlnová funkce velkou hustotu. Podle
kvantové teorie mohou mít elektrony v atomech jen určit0 hodnoty energie.
Fermiho statistika, kterou se elektrony řídí, dovoluje, aby se na jisté hladině
energie nacházely vždy jen dva elektrony a ještě s opačným vlastním
mechanickým a magnetickým momentem (spinem). Přiblíží-li se atomy k sobě tak
blízko, že vytvoří strukturu pevné látky, jejich energetické hladiny se
posunou a promísí tak, že vytvoří pás energií. Volně elektrony opouštějí
vlivem tepelné energie tento pás (nad tzv. Fermiho energií) a podílejí se na
vedení proudu. Pás, o kterém se zmiňujete, není tedy žádná jízdní dráha
nebo kanál, jimiž by elektrony proudily, nýbrž je to pás ve spektru energií.
Vznikne-li přiblížením některých druhů atomů (kondenzací) místo kovů
polovodič, je nad zmíněným valenčním pásem zakázaný pás energií, nad nímž se
nachází vodivostní pás, kam se musí nositelé náboje (elektrony nebo díry po
elektronech) dostat, aby mohly vést proud. Polovodič vede tedy tím lépe, čím
více nositelů náboje může přeskočit z valenčního pásu do vodivostního pásu.
Odpor polovodiče tedy s teplotou klesá.
Materiály, které mají široký zakázaný pás, přes který se elektrony už
nemohou dostat, se chová jako izolátor.
V krátkosti jsem mohl podat jen takovéto hrubé vysvětlení. Nahlédněte do
nějaké učebnice fyziky pevných látek. Dozvíte se tam i o takových
zvláštních vodičích, jako jsou supravodiče.
Dotaz: Slyšel jsem, že při oscilaci neutrin nedochází k zachování leptonového čísla.
Co je na tom pravdy? (Pavel)
Odpověď: Nedávné experimenty ukázaly, že se neutrina mezi soubou míchají, to
znamená, že se nezachovávají separátně elektronové, mionové a tauonové
leptonové číslo. Podobně, jako se mezi sebou "míchají" kvarky,
mohly by se v principu míchat mezi sebou i elekton s mionem, ale zatím to
nebylo pozorováno. Takže míchání zatím u leptonů předpokládáme jen u neutrin.
Zatím se však podle všeho celkové leptonové číslo zachovává!
Problém by mohl nastat, kdyby se pozoroval dvojitý beta rozpad,
což by znamenalo to, že neutrino je totožné s antineutrinem.
V jádře by se pak mohl rozpadnou neutron na proton+elektron+antineutrino,
které by však mohlo být (pouze pokud je totožné s neutrinem!) pohlceno
dalším neutronem a celkem by vznikly dva elektrony(!!) a nové jádro, kde
by místo dvou neutronů byly dva protony. Narodily by se tak dva leptony
bez svých antičástic, což by znamenalo navýšení celkového leptonoveho
čísla o dvě!
V nedávné době probíhaly diskuse, zda byl dvojitý beta rozpad vskutku
pozorován, ale bude se muset počkat na širší objem dat, zatím o objev
nejde.
Dotaz: Dotaz se týká rychlosti předávání tepla z jedné látky na druhou: Do bazénu s
vodou mající 30°C dáme určitou kouli z oceli, která má teplotu
100°C. Za jak dlouho se teplota vyrovná? Množství nedefinuji. Jde jen o
úvahu - pokud bych do vody dal např. skleněnou kouli, nebo i jiný materiál
(vzduch) - také s vyšší teplotou - jak by se změnil čas, za který nastane
rovnováha. Navíc bych rád věděl, jak se to děje na molekulární úrovni- jak na
sebe naráží molekuly látek v jednotlivých případech. Za odpověď předem děkuji
a doufám, že pochopíte tak zamotané vyjádření. Lépe to neumím. (Petr)
Odpověď: Jde o součet tří jevů:
1) jak se "vyrovnává" teplota na hranici, tj. na ploše styku obou
prostředí; přitom se voda ohřívá a koule ochlazuje
2) jak rychle se dodává teplo ze "zbytku koule" na ochlazovanou plochu
styku (uplatní se teplotní - změna T -, resp. tepelná - přenos Q -
vodivost materiálu koule)
3) Jak rychle se předává teplo z ohřívané plochy do zbytku kapaliny.
Přitom se uplatní jednak přenos tepla vedením (jako výše), ale navíc i
prouděním, protože kapalina se bude zahřívat, roztahovat a obecně asi
vzniknou proudy kapaliny, které budou odnášet teplejší kapalinu a
přinášet chladnější. Záření se při uvedených teplotách prakticky neuplatní.
Samozřejmě že doba vyrovnání závisí na tom, s jakou přesností teplotní
rozdíly měříme.
Dotaz: Energie se nedá dělit na nekonečně malé části. Je kvantována. To samé se dá
říci o hmotě - mám na mysli nejmenší částice. Rád uvažuji (jako nefyzik) o
zajímavých důsledcích různých jevů. Proto mě zajímá, jaké jsou argumenty proč
není kvantován čas a prostor. Děkuji. (Pavel Horal)
Odpověď: Dobrý den, na tohle mohou být odpovědi jednoduché a neskonale složité.
Začněme nejjednodušší - fyzici se snaží popsat přírodu, co nejjednodušeji
a co nejvýstižněji. Dělení hmoty na malé částečky si lidé sice kdysi
vymysleli, ale dnes platí to, co je vidět v experimentu a pokud se objeví
hypotéza o něčem dalším, tak se hledá její experimentální test (např.
substruktura kvarků). Podobně byli fyzici na přelomu předminulého a
minulého století dotlačeni k uvažování diskrétnosti energie v některých
situacích. Experimentální poznatky dosud diskrétnost prostoru a času
dosud neukázaly, navíc ve standardní kvantové teorii prostor a čas
vystupuje jako pasívní scéna, ve které se kvantové děje odehrávají. To ale
neznamená že by se nemohlo uvažovat o diskrétním časoprostoru, mrkněte se
v Googlu např. na "discrete spacetime".
Dotaz: Zajímá mě na jakém principu fungují ve vzduchoprázdnu raketové trysky a jejich
konstrukce.A dále jaké palivo je používáno pro manévrování družic. (Jirka)
Odpověď: Raketové trysky fungují ve vzduchoprázdnu
tak jako v "atmosféře", tj. při spalování chemického paliva v
motoru dochází k jeho směrovanému úniku tryskou. Konstrukce
trysky navíc ještě zaručuje urychlení plynu na nadzvukovou
rychlost v daném prostředí. Podle zákona zachování hybnosti
pak unikající plyn působí reaktivní silou na raketu.
V současné době je trend ustupovat od chemického paliva v
případě meziplanetárních letů. Zajímavým se jeví tzv.
iontový (či magnetohydrodynamický) motor, kde z reservoiru
snadno ionizovatelného plynu (cesium, xenon,...) uniká plyn mezi
elektrické desky s určitým napětím. Tím se vytváří elektrický
proud a následná kombinace s kolmým magnetickým polem
vyvrhuje plasmu z trysky (motoru) ven... (dále stejný
princip jako u chemických motorů). Specifický
impuls udělený raketě je daleko menší než u chemického
paliva (takže pro start rakety je stále potřeba mít konvenční
chemické tryskové motory), ale pro dlouhé
meziplanetární navigace je tento způsob ekonomický.
V české literatuře existuje o této tematice docela hezká publikace
K.Mison & Z.Pirko, Základy astronautiky, Academia, 1974.
V knihovnách by ji možná mohli mít.
