[17]Електромагнитна индукция

• 
  непрекъснати
  
• 
  импулсни
  

[28]

Микрочастици (св-ва):

- двойнствено поведение – в едни чвления се проявяват като частици, в други явления като вълни.

- частиците са вълнови пакети, които се държат хем като частици, хем като вълна.

- променлива форма.

Св-ва на микросвета:

- Всички характеристики са квантувани (квант – порции) – време, пространство, енергия, движение, маса, заряд и т.н.

- Всички величини в микросвета са дискретни (дискретност – ст-стта която може да заема величината). Пример: пространство, време, енергия, движение, импулс и др.

Описанието на състоянието и движението в микросвета изисква математически апарат, които да описва дискретни стоиности на величините и тяхното изменение, чрез кванти.

Основно уравнение на квантовата механика

Уравнение на Шрьодингер – има няколко вида уравнения :

- стационарно – описва стационарния състав на частиците

- нестационарно

Стационарно уравнение [E-U(x,y,z)] ψ=0

Извод: , m – масата на микрочастицата, h – константа на Планк,

Е – енергията, която притежава микрочастицата; U(x,y,z) – потенциала в които се намира микрочастицата.

Решение:

Еn – дискретната и минимална амплитуда на енергийни нива където може да съществува частицата.

Щом намерим ψ, можем да опишем състоянието на движение на микрочастиците.

Съотношение за неопределеност на Хайземберг.

Значение – в никросвета е безмислено да определяме величините по точно от колкото е кванта на тяхното изменение, защото ще получаваме неверни резултати.

Други съотношения за неопределеност

[29]

Микрочастица в безкрайно дълбока потенциална яма

Преминаване през потенциален бариер

Потенциален бариер – област, в която потенциалната енергия нараства

Преминаване на частици през потенциален бариер

Тунелиране – резултат от това, че микрочастиците са вълни и при определени условия могат да се изнижат през потенциалния бариер.

Тунелни диоди – ганериране на свръхвисока честота

Линеен хармоничен осцилатор: квантова трептяща с-ма, когато микрочастицата се намира в свързано състояние и следователно в потенциална яма.

Потенциал:

е – заряд на електрона

[30]

Класическа теория на електрическите св-ва на металите – физическа теория, която описва елек. св-ва на металите, изхождайки от позицията на класическата физика и обяснявайки електрическите св-ва, като дължащи се на свободните електрони в метала, които могат да се двигат като газови молекули в целия обем на проводника.

- концентрация на токовия носител (е^-)

- скорост на токовите носители [m/s]

- плътност на тока в металните проводници

Плътността на тока представлява количеството заряд, което протича през единица площ перпендикулярно на посоката на тока за единица време

Закон на Ом за плътността на тока

γ – специфична проводимост

ρ – специфично съпротивление

Закон на Джаул – Ленц

Закон на Виделман – Франц

К – коеф. на топлопроводимост

γ – специфична проводимост

с – скоростта на светлината

Електрическите и топлинните св-ва са свързани и си влиаят взаимно.

Ел. съпротивление се поражда от взаимодействието на движещите се електрони с топлинните трептения на атомите. Ако няма топлина и топлинни трептения няма никакво съпротивление. Ел. съпротивление се дължи на топлинните трептения

Недостатък на класическата теория – не може да се обясни как възниква свръхпроводимост и свръхтечливост.

[31]

Квантова теория на електрическите св-ва на металите – обяснява св-вата на металите изхождайки от позицията на квантовата механика.

Стационарно уравнение на Шрьодингер (периодично поле) ,

Плътност на електрическите нива – тя е равна на концентрацията на атомите на метала, тъй като всеки атом дава свое ниво, на което могат да съществуват електрони.

Ниво на ферми – най-високото енергетично ниво заселено от електрони при температура [0^oK]

- Свръхпроводимост – явление на изчезване на електрическото съпротивление на металните проводници при температура близка до температурата на абсолютната нула в следствие на изследването на топлинните трептения.

Свръхпроводящ магнит – със свръхпроводящ магнит може да се създаде 20 пъти по силно магнитно поле.

Приложение: влак на магнитна възглавница, ядрено-магнитен резонанс, Свръхпроводящи двигатели за влакове “Siemens”, свръхпроводници.
а на свръхпроводник

[32]

Основните свойства на твърдите тела като метали, полупроводници и диелектрици се описва с помоща на зонна теория според коята изолираните дискретни енергетични нива от отделни атоми се израждат с енергетични зони когато тези атоми се свържат с кристалната решетка на твърдите тела.

Енергетически зони в твърдите тяла – възникват, когато определени енергетически нива се разпростират в целия обем на твърдо тяло. Електроните, които се получават в енергетическите зони не са свързани към отделен атом, а могат да се движат в целия обем на твърдото тяло, тъй като енергетическите нива на зоната са общи за всички атоми. Всяка електрическа зона се състой от толкова нива, колкото атоми дават принос в нея.

- Валентна зона – състои се от енергетични нивам в които електроните са частично свързани към отделните атоми, но при външно електрическо напрежение могат да прескачат от атом на атом. Най-високо нито на валентна зона Е_v.

- Зона на проводимост – състои се от най-високите енергетически нива заселени с електрони. Тези електрически нива са общи за целия обем на твърдото тяло и електроните могат да се движат свободно в обема на твърдото тяло.

- Забранена зона – енергетическата зона, е която отсъстват енергетични нива и която разположена м/у Е_c и E_v.

Електрическа проводимост на твърдите тела:

1 – дължи се на електроните в зоната на проводимост, тъй като при прилагане на електрически потенциал те могат да извършват насочено движение

2 – колкото повече електрони има в зоната на проводимост толкова по проводящо е едно твърдо тяло.

Метали, полупроводници и диелектроци според зонната теория.

- Диелектрици – твърди тела, при които валентната и проводниковата зона са разделени с широка забранена зона. Поради широката забранена зона при външни въздействия много малко електрони могат да преминат в зоната на проводимост. При предаване на енергия, като нагряване и облъчване диелектриците си остават електроизолатори, електроните не могат да достигнат зоната на проводимост.

Идеален диелектрик – нито един електрон не е достигнал зоната на проводимост

Реален диелектрик – не притежава никаква проводимост.

- Полупроводници – диелектрици с много малки по големина забранена зона. Ширината на забранената зона при проводниците е [eV]

Si [eV]

Ge [eV]

Поради малката забранена зона полупроводниците бързо увеличават повърхността си при загряване и външно въздействие. При повишаване на температурата специфичната проводимост нараства, а специфичното съпротивление намалява.

- Метали – твърди тела, при които отсъства забранена зона. Те са електропроводими при всяко условие. При увеличаване на температурата специфичната проводимост намалява, а специфичното съпротивление нараства.

[33]

Полупроводникови кристали – кристали от атоми на даден полупроводник, тъй като повечето полупроводници образуват твърди тела във вид на кристална решетка.

• 
  поликристали – кристални твърди тела, които имат подредена структура само в ограничен обем.
  
• 
  монокристали – твърди тела, които в целия обем имат подредена кристална структура.
  

Собствена и примесена проводимост:

Собствена – проводимостта на химически чистия полупроводник се нарича собствена проводимост. Собствената полупроводимост на полупроводниците е много ниска и при обикновени условия са диелектроци.

Примесна – дължи се на чужди атоми, дефекти, замърсявания и др.

Видове примесна:

• 
  желани (целенасочени) – умишлено внасяне на чужди атоми с цел да измени неговата проводимост
  
• 
  нежелани – замъсявания и дефекти в полупроводниците.
  

Донорни атоми – атоми, чиито енергетически нива се разполагат близо до долната граница на зоната на проводимост, имат по-висока валентност от колкото проводността на проводника. Имат 1 свободен електрон, който лесно преминава в зоната на проводимост и увеличава електронната проводимост на полупроводника.

Акцепторна проводимост (р-тип проводимост) – проводимост, която се получава в хим. чистия полупроводник се внесат атомите с по-ниска валенстност от тази на полупроводника и които имат енергетични нива разположени близко до горната граница на валентната зона.

Р-тип проводимост – поради по ниската си валентност, акцепторните примеси лесно приемат електрон от валентната зона в нея остават отсъстващи положителни заряди, които наричаме ваканции или дупки.

Под действието на външно ел. поле ваканциите могат да се движат в целия обем на проводника и обезпечават неговата р-тип проводимост.

n-тип и p-тин полупроводници

донорни атоми – n-тип

акцепторни атоми – р-тип n-p-n - транзистор

p-n-p - транзистор

Собствена проводимост:

n-тип р-тип е^-, е⁺ - заряди на електрона и на ваканцията n_e, n_p – концентрация на електрона и дупка U_e, U_p – подвижност на електроните и дупките

Един полупроводник има по голяма проводимост ако е по-силно литиран с акцепторни или донорни атоми. Колкото по-бързо се движат електроните или ваканциите в един атом, толкова има по-висока проводимост.

Пример: честота при която транзистора спира да усилва

Ефективна маса на токовите носители – от масата на токовите носители зависи скоростта на движение на токовите носители в полупроводника

Ефективна маса

[34]

Атомна физика – изучава св-вата на атомите и материята.

• 
  Атоми – най-малките частички, които са носители на физическите и химическите св-ва на веществото, което изгражда материалната реалност.
  

• 
  атомна физика – изучава св-вата на атомите, като обособени физически раздели
  
• 
  ядрена физика – изследва и изучава атомните ядра
  
• 
  физика на материята и елементарните частици
  

Значение на АФ – огромно количество енергия (ядрени централи), атомни бомби, телепортация на фотони.

Уникалност на атомите:

- Кквантови обекти – квантовите св-ва са причината за уникалните св-ва на атомите, за получаване на огромни количества електрони

- Постулати на Бор:

1) в атомите съществуват дискретни енергетични нива. Когато електроните се намират в тези нива те не излъчват енергия.

2) Физичните величини в атомната физикаса квантувани , =1,2,3..

3) Атомите излъчват и поглъщат енергия само когато някой техен електрон извършва преход м/у стационарните електрочески състояния.

Едноелектронни и многоелектронни атоми – атоми, които съдържат само един електрон се наричат едноелектронни атоми. Пример: Н (водород – има 1 протон и 1 електрон)

Квантови числа описващи атомите:

• 
  Главно квантово число (n) n=1,2,3..- описва основните електронни обвивки на атомите
  
• 
  Орбитално квантово число (е) – описва дискретните състояния в които могат да съществуват електроните
  
• 
  Магнитно квантово число (m) – показва стойността на орбиталния момент на електроните във виншно магнитно поле.
  
• 
  Спиново квантово число (s) – характеризира стойността на механичния или магнитния момент на електрона около собствана ос
  

Общ брой на енергетическите състояния на атомите

Брой електрони: 2 8 16 32

К L M N