Напівпровідники.

Напівпровідники – це речовини які проводять струм за певних умов. Напівпровідники складаються з атомів які з’єднані ковалентним зв’язком. Він досить міцний. І за звичайних умов вільних електронів мало і струм проводиться досить погано. При збільшені температури, або внаслідок іншого фактору внутрішня енергія зростає і стає достатньою для того, щоб деякі атоми розірвали зв’язок і стали вільними. Провідність зростає. Чистий напівпровідник має електронну провідність.

Для збільшення вільних носіїв заряду до чотиривалентного напівпровідника добавляють три- або п’ятивалентну домішку.

Чотири валентних електрони п’ятивалентної домішки беруть участь у ковалентному зв’язку, а п’ятий –слабше зв’язаний лише з одним атомом. Цей зв’язок легко руйнується, електрон стає вільним і може переносити заряд. П’ятивалентна домішка віддає електрон і називається донорною, а провідність електронною.

Якщо домішка тривалентна, то в неї не хватає одного електрона для ковалентного зв’язку і на його місці утворюється „дірка”, вона несе позитивний заряд. Тривалентна домішка називається акцепторною, а провідність дірковою.

Елементи з провідністю р-n-типу це діоди. Вони завдяки р-n-переходу проводять струм лише в одному напрямку від р до n, а в іншому не проводять. Діод має один р-n-перехід і дві зони з різною проникністю.

Елементи з двома р-n-переходами називаються транзистори. Транзистор складається з емітера, бази і колектора. База - тонкий шар посередині.

Магнітне поле

Магнітне поле це вид матерії який здійснює взаємодію електричних струмів.

Магнітне поле виникає навколо рухомих зарядів (навколо провідника зі струмом). Зобразити умовно його можна з допомогою силових ліній індукції.

Лінії вздовж яких у магнітному полі розташовуються осі маленьких магнітних стрілок називаються силовими лініями. Їх напрям визначають за правилом „свердлика”. Лінії є замкнутими, що свідчить, що в природі не існує магнітних зарядів подібних до електричних.

Магнітна індукція В це векторна величина, яка характеризує магнітне поле в кожній його точці. Вимірюється у теслах.

Магнітний потік Ф– це фізична величина, що характеризує магнітне поле в замкнутому просторі.

Ф=ВScosα магнітний потік поля з індукцією В через

поверхню площею S, де α - кут між напрямом нормалі до

площини (а не самою площиною) і вектором В

А=І(Ф₂-Ф₁) робота магнітних сил при переміщені в полі провідника зі струмом

Сила Ампера – це сила яка діє з боку магнітного поля на

провідник зі струмом

F_A=BIℓsinα сила Ампера, де В - індукція магнітного поля;

І- сила струму, α- кут між напрямом струму і магнітною індукцією.

Напрям сили Ампера визначають за правилом лівої руки:

Якщо чотири пальці направити за напрямком сили струму, а лінії індукції входять в долоню, то відігнутий на 90⁰ великий палець покаже напрям сили Ампера.

Якщо напрям вектора позначено крапкою, то він напрямлений з зошита на нас, якщо хрестиком – то від нас в зошит.

Якщо поле горизонтальне, то сила діє по вертикалі і навпаки.

Сила Лоренца – це сила яка діє з боку магнітного поля на

рухому заряджену частинку.

F_л=qυBsinα сила Лоренца, де q - заряд рухомої частинки; υ - її

швидкість; B-магнітна індукція; α-кут між напрямом

швидкості і магнітною індукцією.

Якщо швидкість електрона, що влітає в магнітне поле, напрямлена перпендикулярно до вектора В, то він рухається по колу, де радіус

Якщо поле має з боку вльту чітку межу, то відстань між точками вльоту і вильоту дорівнює діаметру описаного кола.

Якщо швидкість електрона, що влітає в магнітне поле, напрямлена під кутом до вектора В, то він рухається по гвинтовій лінії радіусом

крок гвинтової лінії (відстань між витками)

сила взаємодії на одиницю довжини двох паралельних дротів по яких тече струм, що знаходяться на відстані d

Для характеристики впливу середовища на магнітну взаємодію струмів вводять поняття відносної магнітної проникності середовища. .

Залежно від значення магнітної проникності речовини поділяються на

парамагнетики(μ>1),

діамагнетики (μ <1),

феромагнетики μ>>1.

Намагнічування пояснюється впорядкованістю струмів, що циркулюють всередині речовини.

На першому малюнку напрями хаотичних струмів компенсуються і речовина не виявляє магнітних властивостей. На другому малюнку струми впорядковані і речовина має магнітні властивості.

Будь-яка речовина залишається феромагнітною лише до певної температури, яку називають температурою Кюрі. З підвищенням температури кінетична енергія руху частинок зростає і магнітні властивості втрачаються.

Електромагнітна індукція

Електромагнітна індукція – це явище виникнення в провіднику електричного струму внаслідок взаємодії змінних електричних і магнітних полів

Якщо поля постійні струм не виникає.

Струм по замкнутому контуру протікає тоді і тільки тоді коли змінюється кількість ліній магнітної індукції, що пронизують контур. Сила струму є тим більшою, чим більша швидкість зміни ліній магнітної індукції через контур.

ε= ЕРС індукції у котушці, що містить N витків, де ΔФ - зміна магнітного потоку через один виток за час Δt, S - площа витка.

Магнітний потік може змінюватися трьома способами:

• ΔФ=ΔВScosα зміною індукції поля, ΔB= B₂-B₁

• ΔФ=ВΔScosα зміною площі контура , Δ S= S₂-S₁

• ΔФ=ВSΔcosα зміною кута між нормаллю до поверхні і

вектором В, Δcosα =cosα₂- cosα₁

Якщо коло підключено до джерела струму з ЕРС ε_{джерела} і має котушку в якій виникає ЕРС індукції ε_ін то повна εРС в колі ε_{джерела}+ε_інд=IR якщо напрямки струмів співпадають.

ε_{джерела}-ε_інд= IR, якщо індукційний струм напрямлений протилежно до струму від джерела.

Явище виникнення індукційного струму в провіднику

внаслідок зміни сили струму в ньому самому називають

самоіндукцією.

ε= ЕРС самоіндукції, де- швидкість зміни струму в провіднику.

Ф=LI магнітний потік через контур, де L- ндуктивність контуру;

енергія магнітного поля провідника

На явищі ЕМІ працює генератор, він складається з ротора (рухомої частини) і статора (нерухомої частини), тобто з котушки і магніту. Це прилад для вироблення електричного струму.В генераторі механічна енергія обертового руху перетворюється в електричну. Аналогічну будову має електродвигун. Але там навпаки: електрична енергія перетворюється в механічну.

Трансформатор – прилад для трансформування, тобто зміни напруги. Він складається з двох не з’єднаних між собою котушок з різною кількістю витків надітих на стальне осердя. Одна з котушок підключається до джерела струму і називається первинною. При проходженні в ній струму завдяки явищу ЕМІ індукується струм у вторинній обмотці. Різниця витків у обмотка забезпечує зміну напруги. ε=

На холостому ходу, тобто без навантаження на вторинній обмотці коефіцієнт трансформації, N - число витків

Для навантаженого трансформатора

Механічні коливання та хвилі

Коливання – це рух в два напрямки, який періодично повторюється.

Періодичні коливання – це коливання при яких значення фізичної величини повторюються через однакові проміжки часу.

Гармонічні коливання – це коливання при яких зміна коливної величини відбувається за законом x=Acos(ωt+φ₀).

Період (Т) час одного повного коливання (туди назад).

Частота (ν) кількість коливань за одиницю часу.

Циклічна частота (ω) кількість коливань за 2П секунди

Фаза (φ) – вираз, який стоїть під знаком синуса або косинуса

ω=2πν φ= ωt+φ₀

Амплітуда (А або Х_max) максимальне відхилення від положення рівноваги.

Відхилення (х) відстань від коливної точки до положення рівноваги

Швидкість гармонічних коливань – це перша похідна координати за часом.

υ = x'(t) = -Aωsin (ωt+φ₀)

Прискорення гармонічних коливань – це друга похідна координати за часом, або перша похідна швидкості.

α_x= υ_x'(t)= -Aω²cos(ωt+φ₀).

Звідки максимальна швидкість υ_max = Aω , максимальне прискорення α_max= Aω²

Сила, що спрямовує коливання напрямлена протилежно зміщенню.

Коливання зумовлене силами пружності та тяжіння.

Пружинний маятник – коливальна система, в якій коливання відбуваються під дією сил пружності в межах пружності тіла (пружини).

циклічна частота i період вільних коливань пружинного маятника де т - маса маятника; k – жорсткість пружини.

В пружинному маятнику енергія пружної деформації перетворюється в кінетичну енергію і навпаки.

математичний маятник – це матеріальна точка, підвішена на невагомій, нерозтяжній нитці.

циклічна частота i період коливань математичного маятника де ℓ - довжина нитки; g - прискорення вільного падіння.

В математичному маятнику потенціальна енергія тіла перетворюється в кінетичну

Механічні хвилі.

Механічні хвилі – це процес поширення механічних коливань

у пружних середовищах.

Промінь - напрям поширення коливань.

Довжина хвилі – це відстань між двома сусідніми гребнями, або відстань між двома точками, що коливаються в однакових фазах.

довжина хвилі

відстань між двома точками, що коливаються в протилежних фазах це довжина півхвилі.

Хвилі бувають повздовжні і поперечні.

Якщо напрям поширення хвилі перпендикулярний до напрямку коливань, то хвиля поперечна.

Якщо напрям поширення хвилі співпадає з напрямком коливань, то хвиля повздовжня.

При переході з одного середовища в інше частота хвилі залишається сталою

Звук.

Звук – це механічні коливання з частотою від 16 до 20000 Гц, які поширюються в пружному середовищі.

Коливання з частотою більшою 20000 Гц – ультразвук.

Коливання з частотою меншою 16 Гц – інфразвук.

Звукові хвилі в повітрі повздовжні. В твердих тілах – повздовжні і поперечні.

Звук поширюється лише в якомусь середовищі. В вакуумі звук не поширюється. Поширення хвилі – це передача коливань від однієї точки середовища до іншої. Оскільки в твердих тілах частинки тіла розміщені ближче, а в газах дальше (сили притягання між молекулами газу майже відсутні), то звук поширюється краще в твердих тілах, в рідинах швидкість поширення менша, а в газах ще менша.

Інтенсивність звуку – це енергія, яку тіло переносить за 1 с через одиницю площі поверхні.

Гучність звуку –залежить від інтенсивності і визначається амплітудою коливань, чим більша амплітуда. Тим більша гучність.

Висота тону залежить від частоти. Якщо частота більша, то звук вищий (писк). Якщо частота мала, то звук низький (бас).

За тембром ми можемо розпізнавати голоси різних людей

Луна – це сприймання хвилі відбитої від перешкод окремо від звукової хвилі джерела.