Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 23 dotazů obsahujících »polovodič«
14) Jak vypadá pohyb částic el. proudu?
15. 09. 2003
Dotaz: Ve škole jsme se učili, že elektrický proud je uspořádaný pohyb
částic s elektrickým nábojem. Co jsem však nepochopil a zapomněl se na to
zeptat, jak tento pohyb ve vodiči vypadá. Zda dochází k průtoku volných
částic z počátku vodiče až k jeho konci, nebo se jedná o jejich vlnění o dané
amplitudě, frekvenci atd. a pohybují se pouze na určitém prostoru v rámci
těchto veličin, jako je tomu například se vzduchem při zvuku? Pokud cestují
celým vodičem, jak se chovají při záporném napjetí a proudu? to jdou zase
zpátky do zdroje? (Ladislav Veselý)
Odpověď: Nositele nábojů ve vodičích, tj. elektrony v kovech, ionty v
kapalinách a plynech a elektrony a "díry" v polovodičích opravdu
cestují, jak je elektrické pole žene, kolem dokola v uzavřeném obvodu.
Samozřejmě po sepnutí obvodu se nechovají jako účastníci májového
průvodu, kteří jdou ukázněně směrem, kterým je žene pole, ale spíše
tak jak naznačuji svým žákům modelem: Nositele nabojů
představují hemžící se mravenci v mraveništi, kde vytvořím pachové
pole tím, že na jednu stranu mraveniště dám lákavý med a na druhou
něco smradlavého (otevřu tam třeba lahvičku se čpavkem).
Hemžení neustane, nebude ale zcela souměrně chaotické (středová
rychlost 0), a bude trošičku převládat směr rychlosti k medu.
Kam pocestují, tj. jaký je směr proudu, když smradové pole vyměním je
snad jasné.
Dotaz: Potřebovala bych do skoly vědět něco o izolantech a vodičech. Chodím do
6.třídy takže ne nic složitýho! (Ája)
Odpověď: Stručně řečeno, vodičem je jakákoli látka, ve které jsou volné pohyblivé
nabité částice, které mohou přenášet náboj.
V kovech a grafitu jsou to volné elektrony (to jsou elektrony, které
jádro atomu pevně nedrží u sebe), v kapalných vodičích
(mořská voda, minerálka, roztavená sůl) jsou to ionty (atomy, kterým
chybí nebo přebývá elektron), v plynech opět elektrony utržené od
atomu a ionty, v polovodičích toulavé elektrony a díry, kde elektrony
by být měli ale nejsou.
V izolantech takoví nosiči nejsou.
Dotaz: Zajímalo by mě, kolik a jaké jsou druhy tranzistorů a jejich využití. (Lucie Píšová)
Odpověď: Milá Lucie,
tranzistory patří mezi tzv. aktivní polovodičové prvky, stejně jako například
diody. V současné době se jich vyrábí mnoho různých modifikací. Obecně je
můžeme rozdělit do dvou základních skupin - unipolární a bipolární. Obě
tyto skupiny můžeme dál rozdělit podle různých hledisek na další
podskupiny. Existují například bipolární tranzistory nízkofrekvenční,
vysokofrekvenční, výkonové nebo s malým výkonem apod.
Bipolární tranzistory obsahují dva polovodičové přechody PN. Jde tedy o
tranzistory typu P-N-P nebo N-P-N, ze kterých jsou vyvedeny tři elektrody
- báze, emitor a kolektor. Uplatňuje se v nich děrová i elektronová
vodivost (jedna je vždy ve většině - tzv. majoritní, druhá v menšině -
minoritní).
Unipolární tranzistory, jak už název napovídá, mají pouze děrovou nebo
elektronovou vodivost. Rozdělujeme je podle typu vodivého kanálu - s vodivým
kanálem typu P nebo N, a podle technologie.
Nejčastěji se vyrábějí tranzistory germaniové a křemíkové. Jejich
uplatnění v praxi je velmi široké. Další podrobnější informace si přečtěte
například na následujících stránkách: http://www.io.freehosting.cz/ - vlastnosti tranzistorů ,
http://sweb.cz/skriptum/elektro/Tranzist.htm .
Jak funguje unipolární tranzistor se dočtete zde:
http://lucy.troja.mff.cuni.cz/~tichy/kap2/2_3_2.html .
Dotaz: Mám dvě otázky. První se týká elektrolýzy, která probíhá v rozříznutém
citrónu za pomoci Cu a Zn elektrody (pokus ZŠ). Zajímalo by mě, jaké
reakce probíhají uvnitř citrónu.
Dál bych ráda věděla něco bližšího o působení rezistorů v el. obvodu.
Pokud předpokládám, že el.proud je proud elektronů, jakým způsobem rezistor
proud zmenší? Domnívám se, že nějakým (mě neznámým) způsobem "pohlcuje"
volné elektrony. Mohli byste napsat něco bližšího? (M.Vaněčková)
Odpověď: 1. Funkce galvanického článku je založena na přechodu iontů kovu elektrod do
elektrolytu. V daném případě se vytvářejí zřejmě soli kyseliny citrónové,
případně další i složitější organické soli. Článek by pracoval i s vodním
roztokem NaCl, jak to předváděl Alessandro Volta v roce 1800. Sestavil řadu
kovů podle rostoucího kontaktního potenciálu a podle této rady lze vybrat
materiály pro galvanické články. Napětí naprázdno by mělo tedy záviset jen
na materiálu elektrod, kontaktní potenciál je obrazem elektronové struktury
atomu. Kvalita článku, tedy jeho vnitřní odpor a tím i svorkové napětí při
odběru proudu, závisí pak na elektrolytu. Jak lze článek krátkodobě zatížit,
jak je odolný proti samovybíjení je zase další technologický problém. Dnešní
články jsou výsledkem intenzívních snah fyzikálních chemiků a mají stále
menší rozměry a dávájí stále větší výkony. Hodně v této oblasti, myslím,
pracuje Ústav fyzikální chemie a elektrochemie J. Heyrovského AV ČR.
2. Proud ve vodiči je výsledkem vzájemného působení mezi elektrony a zejména
mezi elektrony a atomy materiálu. Ohmův zákon ve svém prostém tvaru skrývá v
sobě složité mechanismy těchto interakcí. Elektrony jako částice s
elektrickým nábojem by se v elektrickém poli měly pohybovat se stále
rostoucí rychostí, tedy rovnoměrně zrychleně. Skutečnost, že proud se za
velmi krátký čas (řádově 10-14 s) ustálí na stacionární (časově
neproměnné) hodnotě, je důsledek právě těchto interakcí. V kovech v
pokojových teplotách převládá rozptyl elektronů na atomech (nebo iontech)
kmitajících kolem rovnovážných poloh. Čím větší je teplota, tím více atomy
kmitají a tím je odpor kovů větší. V nízkých teplotách se uplatní rozptyl
elektronů na nepravidelnostech mřížky (různé atomy ve slitinách), poruchách
mřížky (vakance, dislokace, hranice zrn) a je proto teplotně nezávislý.
Odpor kovů tedy v nízkých teplotách neklesne k nule ale k nějaké teplotně
nezávislé hodnotě. Výjimku tvoří supravodiče, v nichž proud vedou spárované
elektrony - kuperony, které efektivně s mřížkou neinteragují a odpor tedy
klesne na čistou nulu. V polovodičích závisí odpor především na množství
nositelů náboje - elektronů nebo děr, které mají dostatečnou tepelnou
energii k překonání energetické bariéry zakázaného pásu energií. Odpor
polovodičů s rostoucí teplotou klesá.
Elektrony tedy v rezistoru ztrácejí energii, kterou předávají mřížce atomu,
která se tím zahřívá. Říká se tomu Jouleův jev a Jouleovo teplo. Takhle topí
přímotopy a hřeje i žárovka, kromě svícení, což je jiná forma přemeny
energie elektronů. Elektrické náboje se nemohou nikde ztrácet, platí zákon
zachování náboje.
Dotaz: Rád bych se dozvěděl o tom, jak funguje na fyzikální úrovní chip a jak
funguje celý počítač. (Josef Pugner)
Odpověď: Milý kolego,
cesta je zřejmá, ale dlouhá: nejdřív je potřeba pochopit, jak fungují
jednotlivé polovodičové součástky, posléze jak z polovodičových součástek
sestavit logické obvody, jak to realizovat na jedné placičce křemíku, co
všechno potřebuje mít v sobě počítač a jak to všechno realizovat. Celé
lidstvo se to učilo dost dlouho, takže jistě nepředpokládáte, že Vám to v
pár větách vysvětlíme. Nejpřímovatější cesta je asi přihlásit se ke studiu
na nějaký vhodný obor na FEL ČVUT, po absolvování studia budete vědět víc,
ale zdaleka ne všechno... Zkuste se pro začátek podívat například na
adresu
http://lucy.troja.mff.cuni.cz/~tichy/ .
