Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
869) 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: Čím je daná frekvence fotonu emitujícího se z elektronu jako kvantum
elektromagnetického pole? Myslím tím rozdílnost frekvence různých typů
elektromagnetického záření. (Jindřich Gubiš)
Odpověď:
Frekvence fotonu je daná podmínkami, za kterých elektron vyzařuje. Je to jako
heknutí, když se s vámi něco stane. Když elektron v kvantovém systému
seskočí z jednoho energetického stavu na nižší, vyšle gama kvantum (foton)
s energií odpovídající rozdílu energií stavů ("hekne" s vyšší frekvencí,
když to byl vyšší skok). Když elektron kmitá v anténě mobilu, vysílá
elektromagnetické vlny (tady se moc nemluví o fotonech, protože je jich
moc) s frekvencí toho kmitání ("heká" jak se obrací tam a zpět..).
871) Za jak dlouho dorazí světlo ze Slunce na Zemi?
13. 11. 2003
Dotaz: Jak daleko je Země od Slunce a za kolik minut dorazí světlo k zemi (chci to
vědět přesně)? (long)
Odpověď: Přesnou vzdálenost Země od Slunce Vám neřeknu, protože ta se stále mění. Dráha
oběhu Země kolem Slunce je sice skoro kružnice, ale i malá excentricita (není to
dokomalá kružnice, je trošku "šišatá") způsobuje různou vzdálenost Země od Slunce
v různých ročních obdobích. Nejblíže jsme Slunci začátkem ledna - 147 097 000 km,
nejdále začátkem července - 152 098 000 km. Průměrná vzdálenost Země-Slunce
je jednou ze základních astronomických jednotek nazvanou astronomická
jednotka. Její hodnota je 149 600 000 km a světlo tuto dráhu urazí asi za
8 minut 19s. Začátkem ledna ovšem doletí na Zem za 8 minut 10s, kdežto v létě
si na ně musíme počkat 8 minut 27s.
Dotaz: Jaká je rychlost raketoplánu, který vzlétne? (long)
Odpověď: Rychlosti, kterou musí mít raketa, aby vzlétla, se říká 1.kosmická rychlost. Na
rovníku je její hodnota 7,9 km/s. Při takové rychlosti bude raketa kroužit kolem
Země po kružnici.
Pokud bychom chtěli, aby letěla od Země pryč, musíme její rychlost zvýšit až na
11,2 km/s. To je tzv. 2.kosmická rychlost. (Když si tuto rychlost převedete
do běžné jednotky km/h, dostanete nepředstavitelné číslo 40320 km/h -
za hodinu by tato raketa obletěla celou Zemi).
Pak existuje ještě 3.kosmická rychlost, při jejímž dosažení může
těleso uniknout z gravitačního působení Slunce.
Odpověď: Na to není jednoznačná odpověď, ale není pravda, že se před deštěm musí nutně
oteplit. Záleží na roční době, jde-li o přeháňku nebo bouřku (tj. důsledek tzv.
konvektivního procesu v atmosféře)
nebo zda se jedná o tzv. frontální nebo velkoprostorové (někdy též tzv.
plošné) srážky. Konvekce vzniká v důsledku výrazného přehřátí vzduchu nad
vhodným typem zemského povrchu - pak se před deštěm samozřejmě oteplí (tzv.
letní bouřky z tepla, ale i v zimě mohou být na studené frontě bouřky, pak
se o klasickou konvekci v důsledku přehřátí vzduchu nejedná - intenzívní
výstupné pohyby vzduchu jsou způsobeny dynamicky). Ale v případě
velkoprostorových srážek se oteplit nemusí.
