Контрольная работа: Проводники и полупроводники

Задача 3. Дайте определение проводника. Приведите классификацию проводниковых материалов. Назовите основные показатели проводников и кратко поясните их физический смысл. Для бериллиевой бронзы приведите числовые значения этих показателей. Кратко опишите сам материал, укажите основные области его применения. Укажите назначение кабели связи. Перечислите проводниковые материалы, используемые для их изготовления

Бериллиевая бронза, кабели связи

Проводник - металлическое изделие, изготовленное из материалов, обладающих высокой электропроводностью, чтобы не допускать больших потерь электрической энергии, используемые для обмотки машин и аппаратов, линий электропередачи шины распределительных устройств и т.д.

-    Удельная проводимость. Электропроводность обуславливается наличием свободных валентных электронов в проводнике. При подключении электрического напряжения, электроны будут двигаться от минуса к плюсу, что создаст электрический ток. Удельная проводимость покажет, в какой мере тот или иной материал проводит создавшийся ток.

-    Удельное сопротивление - обратная величина удельной проводимости - . Это величина, с помощью которой количественно оценивается электрическое сопротивление материала. Определяется из формулы:

-    Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов.

При повышении температуры число носителей заряда в проводнике остаётся практически неизменным. Но вследствие усилений колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры, на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического тока появляется всё больше препятствий, то есть уменьшаются средняя длина свободного пробега электрона , подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость и повышается удельное сопротивление.

-    Теплопроводность - . Обмен электронами между нагретыми и холодными частями металла в отсутствие электрического поля, переход кинетической энергии от нагретых частей проводника к более холодным. За передачу теплоты через металл в основном ответственны те же свободные электроны, которые определяют и электропроводность металлов.

-    Контактная разность потенциалов:

-    и термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС):

При соприкосновении двух различных металлических проводников между ними возникает контактная разность потенциалов. Причина появления этой разности потенциалов заключается в различии значений работы выхода электронов из различных металлов, а также в том, что концентрация электронов, а следовательно, и давление электронного газа у разных металлов и сплавов могут быть неодинаковыми. Термо-ЭДС возникает, когда один из спаев имеет температуру , а другой - .

Бериллиевая бронза. Сплав меди и олова с легированием бериллием. Эта бронза отличается высоким пределом прочности и упругости, коррозионной стойкостью в сочетании с повышенным сопротивлением усталости и износу, обладает хорошей электро- и теплопроводностью, обрабатывается резанием и сваривается контактной сваркой. Недостаток бериллиевой бронзы – высокая стоимость.

Из нее изготавливают упругие элементы точных приборов (плоские пружины, пружинящие электроконтакты, мембраны), детали, работающие на износ (кулачки, шестерни, ударники, втулки), детали ударных механизмов и ударный инструмент для взрывоопасных условий.

Свойства меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала.

-    малое удельное сопротивление (из всех материалов только серебро имеет несколько меньшее удельное сопротивление, чем медь);

-    достаточно высокая механическая прочность;

-    удовлетворительная в большинстве случаев стойкость по отношению к коррозии (медь окисляется на воздухе даже в условиях высокой влажности значительно медленнее, чем, например, железо; интенсивное окисление меди происходит только при повышенных температурах(см.рис. 8.1);

-    хорошая обрабатываемость (медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра);

-    относительная легкость пайки и сварки.

Принципы развития междугородной связи диктуют необходимость создания новых широкополосных кабелей связи с большой дальностью действия, надежно защищенных от взаимных и внешних помех и обладающих высокой стабильностью и надежностью, причем конструкции должны быть экономичными и требовать минимума расхода цветных металлов. Кабели связи изготавливают из меди и свинца. Для экономии этих цветных металлов при производстве кабелей применяют алюминиевые, стальные и пластмассовые оболочки. Для сердечников сталеалюминевых проводов воздушных линий электропередачи применяется особо прочная стальная проволока. В некоторых случаях для уменьшения расходов цветных металлов в кабелях связи выгодно применять так называемый проводниковый биметалл. Это сталь, покрытая снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно по всей поверхности их соприкосновения.

Независимо от вида кабельной связи в кабельную линию передаются электромагнитные сигналы различной частоты и формы. На передающем конце осуществляется преобразование звуковой (телефон, вещание, звуковое сопровождение), механической (телеграф, телемеханика) или световой энергии (телевидение, фототелеграфирование, видеотелефон) в электромагнитную, которая передается по линии. На приемном конце имеет место обратный процесс преобразования электромагнитной энергии в соответствующий вид энергии, воспроизводящий передаваемую информацию.

Задача 4. Дайте определение полупроводника. Приведите классификацию полупроводниковых материалов. Укажите, от каких факторов зависит электропроводность полупроводников. Кратко опишите Кремний КЭФ. Укажите назначение тиристора. Назовите основное свойство полупроводника, благодаря которому он применяется в этом приборе

Полупроводниками называют вещества, значения удельного сопротивления которых при нормальной температуре находятся между значениями удельного сопротивления проводников и диэлектриков (в диапазоне 10-3 – 1010 Ом·см). Основным свойством полупроводника является зависимость его электропроводности от воздействия температуры, электрического поля, излучения, механической энергии. Полупроводники в отличие от проводников имеют отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления, проводимость полупроводников с увеличением температуры увеличивается экспоненциально. В зависимости от наличия примесей различают собственные и примесные полупроводники.

Электропроводность полупроводников зависит от следующих факторов:

·          Влияние тепловой энергии. Температурная зависимость удельной проводимости полупроводника есть результат изменения концентрации и подвижности носителей заряда. В области низких температур полупроводник характеризуется примесной электропроводностью, а в области высоких – собственной электропроводностью.

·          Влияние деформации. Вследствие увеличения или уменьшения межатомных расстояний, происходит изменение концентрации и подвижности носителей, следовательно, изменяется и электропроводность. Величина, численно характеризующая изменение удельной проводимости полупроводников, - тензочувствительность.

·          Влияние света. Световая энергия, поглощаемая полупроводником, вызывает появление в нем избыточного (по сравнению с равновесным при данной температуре) количества носителей зарядов, приводящего к возрастанию электропроводности.

·          Электромагнитное излучение. Под его воздействием электрическая проводимость увеличивается – фотопроводимость.

·          Сильные электрические поля. Под его влиянием проводимость увеличивается. Обуславливается это ростом числа носителей заряда, так как под влиянием поля они легче освобождаются тепловым возбуждением. При дальнейшем росте поля может появиться механизм ударной механизации, иногда приводящий к разрушению структуры проводника.

Исходным сырьем при получении кремния является природная двуокись (кремнезем), из которой кремний восстанавливают углеродсодержащим материалом в электрических печах. Технический кремний представляет собой мелкокристаллический спек, содержащий около 1 % примесей.

Технология получения кремния полупроводниковой чистоты включает в себя следующие операции:

-    превращение технического кремния в легколетучее соединение, которое после очистки может быть легко восстановлено;

-     очистка соединения физическими и химическими методами; 3) восстановление соединения с выделением чистого кремния;

Страницы: 1, 2, 3, 4