n = N/V Kus N on laengukandjate arv ja V on vaadeldav ruumala. vk = s/t = l/t l=v*t Vaatleme silindrikujulist elektrijuhti ruumalaga V = ls Saame n = nV = nls Kui iga laengukandja laeng on q, siis läbib aja t jooksul pindala S kogulaeng Q = qN = qnvtS, kuna teepikkus l = vt Järelikult, kuna I = Q/t, saame, et I = qnvS I – voolutugevus, q – laengusuurus, n – konsendratsioon, v- laengukandjate kiirus; S – juhi ristlõike pindala, l – pikkus. Ül Kui suur on juhtivuselektronide triivliikumise kiirus juhis, kus nende kontsentratsioon on 4 * 1028 m-3 ? Juhi ristlõikepindala on 50 ruutmillimeetrit ja I = 3,2 A. Elektroni laeng on 1,5 * 10-27 C. Elektritakistus Vabade laegnukandjate suunatud liikumine ehk triivimine on juhis takistatud, sest neile jäävad teele ette metalli ioonid, mis asuvad kristallvõre sõlmedes. Vabade elektronide põrked ioonidega muudavad suunatud liikumise vähem või rohkem korrapäratuks.
2. Miks on dielektrikud läbipaistvad? Dielektrikud on läbipaistvad, järelikult ei neela valguskvante (metallid ja pooljuhid neelavad) Ei neela valguskvante sest, nähtava footoni energia kvandid on E=1.8- 3.1eV, Elektronide ergastumiseks on vaja 5-10 eV 3. Dielektrikud on läbipaistvad, ei neela valguskvante. Metallid ja pooljuhid neelavad valguskvante seega on läbipaistmatud. Dielektrikutes on keelutsoon lai (5-10eV), soojusenergiast ei piisa juhtivuselektronide tekitamiseks. Tavatemperatuuridel ergastab soojusliikumine pooljuhtides elektrone üle kitsa (1eV) keelutsooni kõrgemasse tsooni juhtivustsooni, jättes valentstsooni auke. Kuna metallides on kõrgeim hõivatud energiatsoon ainult osaliselt elektronidega asustatud, on nad head soojusjuhid. 4. Miks pooljuhtide juhtivus temperatuuri tõstmisel muutub? Vabad elektronid tekivad temperatuuri tõustes, juhtivustsoonis elektronide arv suureneb. 5
energiatsoon valentstsoon elektronidega täidetud. Liikumisvabadus puudub, elektrivool ei pääse läbi. 2.4. Tavatemperatuuridel ergastab soojusliikumine pooljuhtides elektrone üle kitsa (~1eV) keelutsooni kõrgemasse tsooni juhtivustsooni, jättes valentstsooni tühikuid auke. Auk käitub elektriväljas nagu positiivse laenguga voolukandja. Pooljuhti läbiv vool liitub elektronide ja aukude voogudest. 2.5. Dielektrikutes on keelutsoon lai (5-10 eV), soojusenergiast ei piisa juhtivuselektronide tekitamiseks. 2.6. Pooljuhtide (Si, Ge jt) elektrijuhtivust tõstavad lisandid nii elektrone hõlpsasti loovutavad doonorid kui ka elektrone haaravad ning valentsitsooni auke jätvad aktseptorid. Doonorlisandiga (valdavalt elektronjuhtivusega) pooljuht on n-pooljuht, aktseptorlisandiga (valdavalt aukjuhtivusega) pooljuht aga p-pooljuht. 3.1. Siirdekiht p- ja n-pooljuhi vahel, pn-siire juhib elektrivoolu ainult suunas p-
Alalisvooluks nimetatakse elektrivoolu, mille tugevus ja suund ajas ei muutu. n=N/V. n- juhtivuselektronide kontsentratsioon, N- juhtivus elektronide arv. V- ruumala. l=q/T. L- voolutugevus, l= 1,6x10´-19C. Vooluallikas on seade, mis tekitab temaga ühendatud juhis voolu ja säilitab sea pika aja jooksul. Vooluallikaid iseloomustab elektromatoorjõud- näitab laengu ümberpaigutamisel kõrval jõudude poolt tehtava töö ja laengu suuruse suhet. Kõrvaljõud mitte elektriline jõud. E=A/Q. E= elektromotoorjõud, A- kõrvaljõudude töö, Q- laeng
kõrgemasse tsooni juhtivustsooni, jättes valentstsooni tühikuid auke. Auk käitub elektriväljas nagu positiivse laenguga voolukandja. Pooljuhti läbiv vool liitub elektronide ja aukude voogudest Dielektrikuis ning tugevasti külmutatud pooljuhtides on valentstsoon elektronidega täidetud, liikumisvabadus puudub, elektrivool ei pääse läbi. Dielektrikutes on keelutsoon lai (510eV), soojusenergiast ei piisa juhtivuselektronide tekitamiseks. LISANDJUHTIVUS, DOONORID JA AKTSEPTORID Pooljuhtide, nt Si, Ge, elektrijuhtivust tõstavad lisandid elektrone loovutavad doonorid, elektrone haaravad ning valentstsooni auke jätvad aktseptorid. Doonorlisandiga pooljuhid on npooljuhid, aktseptorlisandiga pooljuht aga ppooljuht ( joonis), (joonis n ja ppooljuhi võrepilt (A) ja tsooniskeem (B). Üksikute lisandiaatomite tasemed ei teisene tsoonideks. +4 põhiaine (Si, Ge) 4
keelutsooni ületamiseks.12.Välise elektrivälja jõud pidurdab väljatugevuse suunas liikuvaid elektrone ja kiirendab vastassuunas liikuvaid elektrone.13.Pooljuhtide elektrijuhtivus sõltub temperatuurist.Mida suurem on temperatuur seda väiksem on takistus ja seda suurem elektrijuhtivus.14.temperatuuri kasvades kasvab soojusliikuvuse intensiivsus ,seega ka juhtivuselektronide ja aukude konsentratsioon.Seepärast väheneb pooljuhtide elektritakistus koos temperatuuri tõusuga.15.Temperatuuri tõstmisel võivad mõned elektronid ületada keelutsooni ja valentstsooni tekib tühi koht ehk "auk".Tühjale kohale saab liikuda elektron madalamalt ja nii võib electron liikuda järjest madalamale st tekib "aukjuhtivus"16.Pooljuhtide lisanditest tingitud elektrijuhtivust nim. Lisandjuhtivuseks.17
· Voolutugevus rööbiti ühendatud juhtides on võrdne kõikide voolutugevuste summaga · Rööbiti ühendatud juhtide kogutakistuse pöördväärtus on võrdne juhtide takistuste pöördväärtuste summaga. · Pinge rööbiti ühendatud juhtide otstel on kõigil sama väärtusega. Takistuse sõltuvus juhi mõõtmetest ja materjalist. · Takistuse sõltuvus temperatuurist. · Temperatuuri tõusmisel metallkeha takistus suureneb · Metalli takistust põhjustab juhtivuselektronide vastasikmõju kristallvõre ioonidega · Metalli eritakistuse sõltuvus temperatuurist · Takistuse temperatuutitegur näitab kui suur on takistuse suhteline muutus 0°C juures temperatuuri tõusmisel ühe kraadi võrra. Ülijuhtivus · Ülejuhtivas olekus aine eritakistus on praktiliselt null. · Ülijuhtivus on võimalik vaid allpool kriitilist temperatuuri Tk · Ülijuht juhib elektrivoolu veel 1018 korda paremini kui parim harilik juht toatemperatuuril Töö
on ühildatud kõigi metalli aatomite poolt. 23.Pooljuht kujutav endast tsooniteooria seisukohalt tahkist, mille keelutsooni laius on väiksem kui 3 eV 24.Tahkises on aatomid omavahel seotud elektromagnetilise tõmbejõu vahendusel. 25. Juhvtivuselektronide arv on võrdne ,,aukude" arvuga ainult puhastes pooljuhtides. 26.Tavalistes(puhastes) pooljuhtudes on laengukandjateks el juhtivustsoonis ja augud valentstsoonis. 27.Tavalises(puhtas) pooljuhis temperatuuri tõustes kasvab juhtivuselektronide ja aukude hulk ühesuguse kiirusega. 28.Bohri aatomimudelis on liikumishulga moment 3h/3biiga elektronil , mis asub kolmandal orbiidil. 29.Millised järgmistest väidetest on tõesed? 1913.aastal korraldatud Francki ja Hertzi katsed kinnitasid aatomite statsionaarsete olekute olemasolu. 30.N.Bohri aatomiteooria kirjeldas adekvaatselt vaid vesiniku aatomit. 31.Kovalentse sideme korral on mõned molekuli koosseisu kuuluvate aatomite elektronid on ühised kogu süsteemile. 32
Füüsika KT kordamine 1. Juhi takistus on võrdeline eritakistuse ja juhi pikkusega ja pöördvõrdeline ristlõikepindalaga. l R= S 2. Aine eritakistus näitab, kui suur on sellest ainest valmistatud, ühikulise pikkuse ja ühikulise ristlõikepindalaga keha takistus. RS = l 3. Mida kõrgem temperatuur, seda suurem on metalli takistus. Ioonid võnguvad sõlmpunktides rohkem ning segavad nii juhtivuselektronide suunatud liikumist ning nende kiirus ja voolutugevus väheneb. Ohmi seaduse kohaselt tähendab takistuse suurenemine muutumatu pinge juures voolutugevuse vähenemist. = 0 (1 + * t ) t temperatuur Celsiuse skaalas o eritakistus 0°C juures takistuse temperatuuritegur 4. Ülijuhtivus kui teatul K kraadil olev aine eritakistus langeb järsult nullini. Ülijuhtivas olekus aine on praktiliselt null. Ülijuhtivus on võimalik ainult allpool kriitilist Temperatuuri Tk
Jadaühendusel on jadamis = järjestikku (sisse-välja), Rööpühend. korral on rööbiti="rööbaste vahel" 9) Miks kasvab juhi takistus, kui tõsta selle temperatuuri? Kuna juhi takistus ja juhi aine eritakistus on võrdelised, siis on ühesuguse kujuga ka nende sõltuvus temperatuurist. Kõrgemal temperatuuril on takistus suurem. Mida kõrgem on temperatuur, seda suurema amplituudiga ioonid võnguvad ja takistvad laengukandjate suunatud liikumist. Metalli takistust põhjustab juhtivuselektronide vastasikmõju kristallvõre võnkuvate ioonidega.Juhtiva keha takistust võib mõjutada ka tema mõõtmete muutumine soojuspaisumisel, kuid see mõju on tavaliselt nõrk. 10) Kirjelda juhi ja dielektriku käitumist elektriväljas. I (iii)- voolutugevus (1A) q=e ühe laeng, -1,6 x 10 -19, elektrilaeng (C) t- aeg (1sek, 1h) U- pinge (1V) R- vooluallika takistus (1) A- elektrienergia (1J) (1 KW x h) N- võimsus (1W) P (roo) eritakistus (1m, 1mm2 : m) l (el)- juhi pikkus (1m)
Takistus väike, nii mõjutab ahelat kõige vähem Ampermeetrit ei tohi ühendada ahelasse ilma tarbijata ja nii et ei tekiks lühist Ampermeetri laiendamiseks phendatakse temaga rööbiti takisrti, mida nim shudiks Oommeetrit kasutatakse mõõteriistas olevat vooluallikat, mõõdetakse voolutugevust konstantsel pinnal U=const Takistuse sõltuvus temperatuurist Metallidel takistus trmp tõustes suureneb, pooljuhtidel väheneb Metalli takistus põhjustab juhtivuselektronide vastastikmõju kristallvõre toonidega Temp tõustes hakkavad ioonid kristallvõre sõlmedes suurema amplituudiga võnnkuma, järelikult segavad nad elektronide liikumist rohkem R=R0(1+2t) roo=roo0(1+2roo) R;roo- vastavalt takisrus ja eritakistustemperatuurile R0;roo0- vastavalt takistuse ja eritakistus 0 kraadi juures Ilgal juhi tuleb leida takistus 0 kraadi juures R-R0/R0 Takistuse t äitab, kui suur on takistuse suhtelie muutus 0 kraadi juures kui t tõuseb 1 kraadi
0,12mm2, kui voolutugevus juhtmes on 32A ning elektronide kontsentratsioon hõbedas 0,12mm2, kui voolutugevus juhtmes on 32A ning elektronide kontsentratsioon hõbedas on 6·1028m-3. on 6·1028m-3. 8. Millise diameetriga vaskjuhe tuleks võtta, et voolutugevusel 52,9A oleks 8. Millise diameetriga vaskjuhe tuleks võtta, et voolutugevusel 52,9A oleks juhtivuselektronide suunatud liikumise kiirus selles 0,5 mm/s. Elektronide juhtivuselektronide suunatud liikumise kiirus selles 0,5 mm/s. Elektronide kontsentratsioon vases on 8,43·1027m-3. kontsentratsioon vases on 8,43·1027m-3. 9. Aku poolt tekitatav pinge on 12V, lambi takistus 5. Leia voolutugevus lambis. 9. Aku poolt tekitatav pinge on 12V, lambi takistus 5. Leia voolutugevus lambis. 10
elektrijuhtivuse tagamiseks õhukese kullakilega. 3 mm paksune rubiinklaasi ("Bullseye") klaasitükk. Klaasile annavad punase värvuse kolloidse kulla osakesed. Rubiinklaasi osati valmistada juba antiikajal. Vahepeal tema valmistamise meetod unustati, leiutati aga uuesti 1679. a. Johann Kunckel von Löwensterni poolt, kes sulatas klaasimassi nn. Cassiuse purpurit (kullakolloid tina(IV)hüdroksiid geelis). Rubiinklaasi värvuse mikroskoopiliseks põhjuseks on nn. pinnaplasmonid - kulla juhtivuselektronide "gaasi" võnkumised osakeste pindkihis. Pinnaplasmonite sagedus sõltub tugevalt kullaosakeste suurusest ja ilmneb kullakolloidide spektrites karakteerse neeldumiribana piirkonnas 500 ... 600 nm. Kiri "23K" ütleb, et tegemist on kullaga, milles muid metalle sisaldub 1/24 osa (puhast kulda 23/24). Teisisõnu on tegemist kullaga, mille proov on 960 (sisaldab 96% puhast kulda). Vaatama näivalt suurele kogusele on helveste kogumass tühine.
töö (J) Isoprotsesside jaoks: V=const, A=0, , kus Atöö(J), qsoojushulk(J),nmoolide arv(mol),Runiversaalne gaasikonstant 8,314J/K*mol,T xtemperatuur (K), ivabadusastmete arv 22)Erisoojus.Soojusmahtuvus.Takistuse temperatuurisõltuvus Erisoojus Ce on soojushulk, mis kulub, et tõsta ühikulise massiga keha soojust ühe kraadi võrra. (J/kg*K) Soojusmahtuvus C on soojushulk, mis kulub, et tõsta keha soojust ühe kraadi võrra (J/K) Metalli takistus põhjustab juhtivuselektronide vastastikkust mõju kristallvõre ioonidega. , kus metalli takistus, 0eritakistus, ttemperatuur (°C), takistuse temperatuuritegur. 23)Adiabaatiline protsess Adiabaatseks nimetatakse protsessi, kus puudub soojusvahetus. Gaas teeb tööd siseenergia arvel , kus qsoojushulk(J),Atöö(J),ivabadusastmete arv,nmoolide arv,Runiversaalne gaasikonstant 8,314J/mol, T x temperatuur (K), prõhk(Pa), Vruumala(m3), =Cp/Cv 24)Maxwelli võrrandid
Seda nähtust kutsutakse ülijuhtivuseks ja seletatakse elektronpaaride tekkimisega, mis ei ole võresõlmedes olevate ioonidega vastastikmõjus. Kui ülijuhtivus ilmneb kõrgematel temperatuuridel kui vedela lämmastiku temperatuur (77 K), siis räägitakse kõrgtemperatuurilisest ülijuhtivusest. Selle nähtuse seletamiseks peab kasutama kvantmehaanikat. Voolutugevuse olenevus temperatuurist on teistsugune pooljuhtide korral. Pooljuhtide takistus väheneb temperatuuri tõustes, sest juhtivuselektronide arv suureneb temperatuuri tõustes. Põhjuseks on valentselektronide võnkeenergia kasv temperatuuri tõustes, mis võib osutuda piisavaks, et vabaneda oma “koduaatomist”. Sama toimet avaldab ka valgus. Kui juhtivuselektronide arv suureneb, siis muutub pooljuht juhiks, mis tähendab takistuse vähenemist. Püsimagnetitevaheline jõud on pöördvõrdeline kauguse ruuduga nagu elektrilaengute vaheline jõudki. Magnetite pooluseid on hakatud kompassi järgi nimetama põhja- ja lõunapoolusteks
Elektronid saavad võtta elektriväljalt energiat ja selle arvel liikuda. 3. Dielektrikutes on kõrgeim energiatsoon - valentsitsoon elektronidega täidetud, liikumisvabadus puudub ja voolu ei teki. 4. Tavatemperatuuril kannab soojusliikumine elektrone üle kitsa keelutsooni kõrgemale juhtivustsooni. Valentsitsooni jäävad augud. Auk imiteerib positiivset laengukandjat. 5. Dielektrikus on keelutsoon lai (5-10eV) ja soojusenergiast ei piisa juhtivuselektronide tekitamiseks. 6. Pooljuhtide elektrijuhtivust tõstab lisandite kasutamine. Need on doonor- ja aktseptorlisandid, mis vastavalt lisavad või haaravad valentselektrone põhiaine aatomitest. Diood Kõik pooljuhtseadmed omavad kihilist struktuuri. Pooljuhtaine kihid on difundeerunud üksteisega. Difusioonipiirkonda nimetatakse pn-siirdeks. Ühe siirdega erineva juhtivusega pooljuhtainest moodustatud liitstruktuur ongi diood. Diood toimib voolule ventiilina
JOONIS 4.1. Sellist ideaalset struktuuri omavad keemiliselt puhtad pooljuhid absoluutse nulltemperatuuri juures (-273 °C). Säärases olukorras on kõik pooljuhid isolaatorid. Väliste tegurite mõjul võivad aga väliskihi elektronid saada juurde energiat ja lahkuda oma kohalt struktuuris, kuna selleks vajalik energia, nn. energeetiline keelutsoon on küllaltki väike (ränil 1,1 eV, germaaniumil 0,73 eV). Põhiliseks väliseks teguriks, mis soodustab juhtivuselektronide tekkimist on temperatuur. Nii on näiteks toatemperatuuril 1 cm3 ränis 1 0 . . . 10 vaba elektroni, samal ajal vases aga 10. Struktuurist lahkunud elektroni kohale jääb vaba koht. Seetõttu omandab aatom positiivse laengu, mille väärtus võrdub elektroni laenguga. Taolist vaba kohta nimetatakse auguks ja me võime teda vaadelda positiivse ühiklaenguna. Kuna auk omab positiivset laengut, võib ta tõmmata oma kohale struktuuris mõne kõrvalaatomi elektroni
2 JOONIS 1.1. Sellist ideaalset struktuuri omavad keemiliselt puhtad pooljuhid absoluutse nulltemperatuuri juures (-273 °C). Säärases olukorras on kõik pooljuhid isolaatorid. Väliste tegurite mõjul võivad aga väliskihi elektronid saada juurde energiat ja saadud lisaenergia arvel lahkuda oma kohalt struktuuris, kuna selleks vajalik lisaenergia on küllaltki väike (ränil 1,1 eV, germaaniumil 0,67 eV). Põhiliseks väliseks teguriks, mis soodustab juhtivuselektronide tekkimist, on temperatuur. Struktuurist lahkunud elektroni kohale jääb vaba koht. Seetõttu omandab aatom positiivse laengu, mille väärtus võrdub elektroni laenguga. Taolist vaba kohta nimetatakse auguks ja me võime teda vaadelda positiivse ühiklaenguna. Kuna auk omab positiivset laengut, võib ta tõmmata oma kohale struktuuris mõne kõrvalaatomi elektroni. Selle protsessi kordumisel auk nagu liiguks, kusjuures see liikumine on elektroni liikumisega vastassuunaline.
1. Sellist ideaalset struktuuri omavad keemiliselt puhtad pooljuhid absoluutse nulltemperatuuri juures (-273 °C). Säärases olukorras on kõik pooljuhid isolaatorid. Väliste tegurite mõjul võivad aga väliskihi elektronid saada juurde energiat ja saadud lisaenergia arvel lahkuda oma kohalt struktuuris, kuna selleks vajalik lisaenergia on küllaltki väike (ränil 1,1 eV, germaaniumil 0,67 eV). Põhiliseks väliseks teguriks, mis soodustab juhtivuselektronide tekkimist, on temperatuur. Struktuurist lahkunud elektroni kohale jääb vaba koht. Seetõttu omandab aatom positiivse laengu, mille väärtus võrdub elektroni laenguga. Taolist vaba kohta nimetatakse auguks ja me võime teda vaadelda 3 positiivse ühiklaenguna. Kuna auk omab positiivset laengut, võib ta tõmmata oma kohale struktuuris mõne kõrvalaatomi elektroni
annaabi.ee 
