Сегодня на уроке

Результаты викторины в группе №70 - ОМАС на тему

 "Постоянный электрический ток"

 

Сегодня на уроке

Электрический ток в полупроводниках

Полупроводник - вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры, а это значит, что электрическая проводимость (1/R ) увеличивается.  Наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений.

Механизм проводимости у полупроводников

Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями.

При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и он ведет себя как диэлектрик.

Полупроводники чистые (без примесей)

Если полупроводник чистый( без примесей), то он обладает собственной проводимостью? которая невелика.

Собственная проводимость бывает двух видов:

1) электронная ( проводимость "n " - типа)

При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны - сопротивление уменьшается.

Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности эл.поля.

Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов.

2) дырочная ( проводимость " p" - типа )

При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами и образуются места с недостающим электроном - "дырка".

Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение "дырки" равноценно перемещению положительного заряда.

Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля.

Кроме нагревания , разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением ( фотопроводимость ) и действием сильных электрических полей

Общая проводимость чистого полупроводника складывается из проводимостей "p" и "n" -типов 

и называется электронно-дырочной проводимостью.

Полупроводники при наличии примесей

- у них существует собственная + примесная проводимость

Наличие примесей сильно увеличивает проводимость.

При изменении концентрации примесей изменяется число носителей эл.тока - электронов и дырок.

Возможность управления током лежит в основе широкого применения полупроводников.

Существуют:

1) донорные примеси ( отдающие )

- являются дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике.

Это проводники " n " - типа, т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда - электроны, а неосновной - дырки.

Такой полупроводник обладает электронной примесной проводимостью.

Например - мышьяк.

2) акцепторные примеси ( принимающие )

- создают "дырки" , забирая в себя электроны.

Это полупроводники " p "- типа, т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда - дырки, а неосновной - электроны.

Такой полупроводник обладает дырочной примесной проводимостью.

Например - индий.

Электрические свойства "p-n" перехода

"p-n" переход (или электронно-дырочный переход) - область контакта двух полупроводников, где происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот).

В кристалле полупроводника введением примесей можно создать такие области. В зоне контакта двух полупроводников с различными проводимостями будет проходить взаимная диффузия. электронов и дырок и образуется запирающий электрический слой.Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с другими областями полупроводника.

Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя.

При прямом (пропускном) направлении внешнего эл.поля эл.ток проходит через границу двух полупроводников.

Т.к. электроны и дырки движутся навстречу друг другу к границе раздела, то электроны, переходя границу, заполняют дырки. Толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются.

Пропускной режим р-n перехода:

При запирающем (обратном) направлении внешнего электрического поля электрический ток через область контакта двух полупроводников проходить не будет.

Т.к. электроны и дырки перемещаются от границы в противоположные стороны, то запирающий слой утолщается, его сопротивление увеличивается.

Запирающий режим р-n перехода:

Таким образом, электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью.

Полупроводниковые диоды

Полупроводник с одним "p-n" переходом называется полупроводниковым диодом.

При наложении эл.поля в одном направлении сопротивление полупроводника велико,

в обратном - сопротивление мало.

Полупроводниковые диоды основные элементы выпрямителей переменного тока.

Полупроводниковые транзисторы

- также используются свойства" р-n "переходов,

- транзисторы используются в схемотехнике радиоэлектронных приборов.

???Вопросы

1. Что называют полупроводниками?
2. Какие вещества относятся к полупроводникам?
3. Чем отличаются проводники от полупроводников?
4. Какими зарядами создается электрический ток в полупроводниках?
5. Какие вы знаете примеси?
6. Какие полупроводники называют n -типа?
7. Какие полупроводники называют p- типа?
8. Что называют p-n переходом?
9. Какие вы знаете полупроводниковые приборы?
10. Где применяются полупроводники?

Сегодня на уроке

Практическая работа №3 

Тема: "ЭДС и внутреннее сопротивление источников постоянного тока. Закон Ома для полной цепи"

Цель: Определить внутреннее сопротивление источника тока и его ЭДС.
1. Краткое теоретическое описание

Электрический ток в проводниках вызывают так называемые источники постоянного тока. Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Отношение работы А_стор., совершаемой сторонними силами по перемещению заряда D Q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой e источника (ЭДС):

 (1)

Электродвижущая сила выражается в тех же единицах, что и напряжение или разность потенциалов, т.е. в Вольтах.

Работа – эта мера превращения энергии из одного вида в другой. Следовательно, в источнике сторонняя энергия преобразуется в энергию электрического поля

W = e * Q (2)

При движении заряда Q на внешнем участке цепи преобразуется энергия стационарного поля, созданного и поддерживаемого источником:

W₁ = U* Q , (3)а на внутреннем участке:W₂ = U_вн.*Q (4)По закону сохранения энергииW = W₁ + W₂ или e * Q = U* Q + U_вн.* Q (5)Сократив на Q, получим:e = U_вн. + U (6)

т.е. электродвижущая сила источника равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участке цепи.

При разомкнутой цепи U_вн.= 0, то

e = U (7)

Подставив в равенство (6) выражения для U и U_вн. по закону Ома для участка цепи

U = I*R; U_вн. = I* r,

получим:

e = I* R + I* r = I* (R + r) (8)Отсюда

 (2)

Таким образом, сила тока в цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Это закон Ома для полной цепи. В формулу (9) входит внутреннее сопротивление r.

Рис.1

Пусть известны значения сил токов I₁ и I₂ и падения напряжений на реостате U₁ и U₂ (см. рис.1.). Для ЭДС можно записать:

e = I_1* (R₁ + r) и e = I_2* (R₂ + r) (10)

Приравнивая правые части этих двух равенств, получим

I_1* (R₁ + r) = I_2* (R₂ + r)

или

I_1* R₁ + I_1* r = I_{2 *} R₂ + I_2* r

I_1* r – I_2* r = I_{2 *} R₂ - I_1* R₁

Т.к. I₁ R₁ = U₁ и I₂ R₂ = U₂, то можно последнее равенство записать так

r*(I₁ – I₂) = U₂ – U₁ ,

откуда

(11)

 2. Порядок выполнения работы

2.1. Соберите цепь по схеме, изображенной на рисунке 1. Установите сопротивление реостата 7 Ом, ЭДС батарейки 1,5 В, внутреннее сопротивление батарейки 3 Ом.

2.2. При помощи мультиметра определите напряжение на батарейке при разомкнутом ключе. Это и будет ЭДС батарейки в соответствии с формулой (7).

2.3. Замкните ключ и измерьте силу тока и напряжение на реостате. Запишите показания приборов.

2.4. Измените сопротивление реостата и запишите другие значения силы тока и напряжения.

2.5. Повторите измерения силы тока и напряжения для 6 различных положений ползунка реостата и запишите полученные значения в таблицу.

2.6. Рассчитайте внутреннее сопротивление по формуле (11).

2.7. Определите абсолютную и относительную погрешность измерения ЭДС и внутреннего сопротивления батарейки.

3. Контрольные вопросы

3.1. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

3.2. Чему равно ЭДС источника при разомкнутой цепи?

3.3. Чем обусловлено внутреннее сопротивление источника тока?

3.4. Чем определяется сила тока короткого замыкания батарейки?

Сегодня на уроке

     

Учащиеся группы №70-ОМАС сдают тест на смартфонах по теме "Переменный электрический ток. Трансформатор"

Сегодня на уроке

Генератор переменного тока

Устройство, предназначенное для превращения механической энергии в энергию переменного тока, называетсягенератором переменного тока. В основу работы генератора положено явление электромагнитной индукции.

Рамка вращается в магнитном поле. Поскольку магнитный поток, пронизывающий рамку, изменяется с течением времени, то в ней возникает индуцированная ЭДС:

Ток в цепи проходит в одном направлении в течение полуоборота рамки, а затем меняет направление на противоположное.

Основными частями генератора переменного тока являются: индуктор, якорь, коллектор, статор, ротор.

а) устройство ротора; б) работа генератора переменного тока

Переменный ток

Переменный ток изменяется с течением времени по гармоническому закону.

Действующим (эффективным) значением переменного тока называется сила такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделил бы такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

Мощность переменного тока

Мощность в цепи переменного тока изменяется с течением времени. Поэтому введено понятие мгновенной мощности (мощность в некоторый момент времени) и средней мощности (мощность за длительный промежуток времени).

??? ВОПРОСЫ

1. Дайте определение, какой ток называется переменным?
2. Почему переменный ток больше применяется в промышленности чем постоянный?
3. По какому закону изменяется переменный ток?
4. Как связаны между собой действующее значение силы тока и напряжение с амплитудным значением силы тока и напряжения?
5. Как называется устройство, вырабатывающее переменный ток?
6. Какова частота переменного тока в странах СНГ? 

ПРОВЕРЬ СЕБЯ

Сегодня на уроке

Практическая работа №2

Тема: Исследование соединений проводников при последовательном и параллельном       соединении

Цель: изучить законы протекания тока через последовательно и параллельно соединенные проводники и определить формулы расчета сопротивлений таких участков.

1. Краткое теоретическое описание.

Проводники в схемах могут соединяться последовательно (Рис 1.) и параллельно (Рис.2.).

Рассмотрим схему последовательного соединения проводников, изображенную на Рис. 1.

Напряжение на концах всей цепи складывается из напряжений на каждом проводнике:

U = U₁ + U₂ + U₃, (1)

По закону Ома для участка цепи:

U₁ = R₁I; U₂ = R₂I; U₃ = R₃I; U = RI, (2)

где R - полное сопротивление цепи,

I - общий ток, текущий в цепи.

Из выражений (1) и (2), получаем:

RI = R₁I + R₂I + R₃I,      

откуда полное сопротивление цепи последовательно соединенных проводников:

R = R1 + R2 + R3             (3)

При последовательном соединении проводников их общее сопротивление равно сумме электрических сопротивлений каждого проводника.

Рассмотрим теперь схему параллельного соединения проводников, изображенную на Рис. 2.

Через цепь течет полный ток I :

I = I₁ + I₂ + I₃. (4)

По закону Ома для участков цепи:

U = R₁I₁; U = R₂I₂; U = R₃I₃; U = RI, (5)

Из выражений (4) и (5), получаем:

I = U/R = U/R₁ + U/R₂ + U/R₃

откуда:

     (6)

При параллельном соединении проводников величина, обратная сопротивлению цепи, равна сумме обратных величин сопротивлений всех параллельно соединенных проводников.

2. Порядок выполнения работы.

2.1. Соберите на монтажном столе электрическую схему, показанную на рисунке:

Выберите номиналы сопротивлений следующими:

R₁ = 1 кОм; R₂ = 2 кОм; R₃ = 3 кОм; R₄ = 4 кОм;

2.2. Определите экспериментально с помощью мультиметра (в режиме измерения сопротивлений) сопротивление между точками:

А и С; С и D; B и D; A и D.

Запишите эти показания.

2.3. Рассчитайте теоретические значения сопротивлений между указанными точками схемы и сравните их с измеренными.

Какие выводы можно сделать из этого опыта?

2.4. Измерьте с помощью мультиметра (в режиме измерения тока) токи, текущие через каждое сопротивление. Запишите показания прибора.

2.4. Проверьте экспериментально, что в последовательной цепи ток одинаков через все сопротивления, а в параллельной цепи разделяется так, что сумма всех токов через параллельно соединенные элементы, равна полному току через весь участок.

2.5. Измерьте с помощью мультиметра (в режиме измерения постоянного напряжения) напряжения на каждом сопротивлении. Запишите показания прибора.

2.6. Проверьте экспериментально, что в последовательной цепи напряжение на всем участке равно сумме напряжений на каждом элементе, а в параллельной цепи, напряжение одно и то же на каждом элементе.

3. Контрольные вопросы.

3.1. Может ли сопротивление участка двух параллельно соединенных проводников быть больше (меньше) любого из них? Объясните ответ.

3.2. Какие законы сохранения используются для вывода формул сопротивления параллельного и последовательного соединения проводников?

3.3. Проанализируйте аналогию между приводимыми здесь формулами и формулой для расчета сопротивления одного проводника через его геометрические параметры: . В чем заключается эта аналогия?

Сегодня на уроке

Учащаяся группы № 71 - ОМАС Зенькевич Полина выполняет практическую работу

Практическая работа №1

Тема: "Изучение зависимости сопротивления реальных проводников от их геометрических параметров и удельных сопротивлений материалов".

Цель работы: Определить удельное сопротивление проводника и сравнить его с табличным значением.

1. Краткое теоретическое описание

Немецкий физик Георг Ом (1787-1854) в 1826 году обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:

 R= U/I     (1)

Эту величину R называют электрическим сопротивлением проводника. Электрическое сопротивление измеряется в Омах. Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:

1Ом =1В/1А

Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади S поперечного сечения проводника:

R= p l/S    (2)

Постоянный для данного вещества параметр r называется удельным электрическим сопротивлением вещества. Удельное сопротивление измеряется в Ом? м.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Соберите на монтажном столе электрическую схему показанную на рисунке

2.2. Выберите материал проводника - никель, установите значения длины и площади поперечного сечения:

L = 100м;  S = 0,1 мм2;

2.3. Определите экспериментально с помощью мультиметра напряжение на проводнике.
Для этого необходимо  подключить параллельно проводнику мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения, соблюдая полярность.
Запишите показания мультиметра в таблицу.
2.4. Определите экспериментально с помощью мультиметра силу тока в цепи.
Включите мультиметр в режиме измерения постоянного тока последовательно в цепь соблюдая полярность.
Запишите показания мультиметра в таблицу.
2.5. Рассчитайте сопротивление проводника по формуле (1)
2.6. Определите удельное сопротивление никеля по формуле  (2)
2.7. Проделайте пункты  2.3 -2.6. изменяя длину, но не меняя площадь поперечного сечения и материал проводника.
2.8. Результаты измерений занесите в таблицу:

2.9. Найдите среднее значение удельного сопротивления и сравните его с табличным значением.
2.10. Измерьте сопротивление проводника непосредственно с помощью омметра. Сравните полученные результаты.
Сформулируйте выводы по проделанной работе.

Контрольные вопросы:

1. Что называют удельным сопротивлением?
2. Как зависит сопротивление проводника от его длины?
3. По какой формуле можно рассчитать удельное сопротивление?
4. В каких единицах измеряется удельное сопротивление?