Виды проводимости в полупроводниках: собственная и примесная, электронная и дырочная

Какие существуют виды проводимости в полупроводниках. Чем отличается собственная проводимость от примесной. Что такое электронная и дырочная проводимость. Как образуется p-n переход и каковы его свойства.

Основные виды проводимости в полупроводниках

В полупроводниках выделяют следующие основные виды проводимости:

• Электронная проводимость (n-типа)
• Дырочная проводимость (p-типа)
• Собственная проводимость
• Примесная проводимость

Рассмотрим подробнее каждый из этих видов проводимости и их особенности.

Электронная и дырочная проводимость

Электронная проводимость обусловлена движением свободных электронов в полупроводнике. Она называется проводимостью n-типа от английского слова «negative» (отрицательный).

Дырочная проводимость связана с движением положительно заряженных «дырок» — вакантных мест в кристаллической решетке, образовавшихся при уходе электронов. Ее называют проводимостью p-типа от слова «positive» (положительный).

Как образуется дырочная проводимость?

Механизм образования дырочной проводимости можно описать следующим образом:

1. В некоторый момент времени электрон покидает атом под действием электрического поля.
2. На месте ушедшего электрона образуется положительно заряженная «дырка».
3. Электрон с соседнего атома может занять место этой дырки.
4. Происходит как бы перемещение дырки по кристаллу.

Таким образом, дырки ведут себя как положительно заряженные частицы, создавая p-тип проводимости.

Собственная и примесная проводимость полупроводников

Собственная проводимость наблюдается в химически чистых полупроводниках, где число свободных электронов равно числу дырок. При этом присутствует как электронная, так и дырочная проводимость.

Примесная проводимость возникает при введении в полупроводник примесей. Она позволяет создать преобладание электронной или дырочной проводимости.

Какие бывают виды примесей?

• Донорные примеси (мышьяк, висмут) увеличивают концентрацию электронов, создавая n-тип проводимости.
• Акцепторные примеси (алюминий, галлий, индий) увеличивают концентрацию дырок, создавая p-тип проводимости.

Основные и неосновные носители заряда

В полупроводниках с примесями выделяют:

• Основные носители — те, которых больше и которые определяют тип проводимости.
• Неосновные носители — носители противоположного знака, концентрация которых значительно меньше.

Например, в полупроводнике p-типа основными носителями являются дырки, а неосновными — электроны.

Образование и свойства p-n перехода

P-n переход образуется на границе двух областей полупроводника с разным типом проводимости. Он обладает рядом важных свойств:

• Односторонняя проводимость
• Нелинейность вольт-амперной характеристики
• Барьерная емкость
• Температурная зависимость свойств

Как формируется p-n переход?

1. При соединении p- и n-областей происходит диффузия основных носителей через границу.
2. Вблизи границы образуется обедненный слой, лишенный подвижных носителей заряда.
3. Возникает внутреннее электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии.
4. Устанавливается равновесное состояние с потенциальным барьером на границе.

Этот потенциальный барьер и определяет основные свойства p-n перехода.

Применение полупроводников и p-n переходов

Полупроводники и p-n переходы широко применяются в электронике для создания различных приборов и устройств:

• Диоды
• Транзисторы
• Тиристоры
• Фотоэлементы
• Термисторы
• Варисторы
• Светодиоды
• Солнечные элементы

Их уникальные свойства позволяют создавать миниатюрные, экономичные и высокоэффективные электронные компоненты и системы.

Вольт-амперная характеристика p-n перехода

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) p-n перехода имеет нелинейный вид и обладает ярко выраженной асимметрией. Рассмотрим ее основные участки:

Прямое включение

При подаче положительного напряжения на p-область:

• Потенциальный барьер понижается
• Ток резко возрастает при превышении порогового напряжения (0.3-0.7 В)
• Наблюдается экспоненциальная зависимость тока от напряжения

Обратное включение

При подаче отрицательного напряжения на p-область:

• Потенциальный барьер повышается
• Протекает очень малый обратный ток насыщения
• При достижении напряжения пробоя ток резко возрастает

Эта нелинейность ВАХ позволяет использовать p-n переходы для выпрямления переменного тока, стабилизации напряжения, усиления сигналов и других целей.

Факторы, влияющие на свойства полупроводников

Свойства полупроводников и p-n переходов могут существенно меняться под действием различных факторов:

• Температура
• Освещенность
• Радиация
• Механические напряжения
• Электрические и магнитные поля

Это позволяет создавать на их основе различные датчики и преобразователи физических величин. Однако требует также учета этих факторов при проектировании электронных устройств для обеспечения их стабильной работы.

Современные тенденции в полупроводниковой электронике

Развитие полупроводниковых технологий продолжается быстрыми темпами. Основные направления включают:

• Уменьшение размеров элементов до нанометровых масштабов
• Применение новых полупроводниковых материалов (GaN, SiC и др.)
• Создание гетероструктур и квантово-размерных структур
• Развитие органической и печатной электроники
• Интеграция оптических и электронных компонентов

Эти инновации позволяют создавать все более быстродействующие, экономичные и функциональные электронные устройства, открывая новые возможности в вычислительной технике, связи, энергетике и других областях.

Работа с режимами

Работа с режимами

Создание типа еще не позволяет вводить в слой объекты данного типа, так как не существует информации о способе их отображения. Способ отображения типового объекта задается одним из его режимов.

Действия доступные с режимами:

• Создание режимов. Для создания нового режима у типа выберите требуемый тип, нажмите на панели инструментов диалога кнопку Новый… и в открывшемся списке укажите Новый режим, либо выберите пункт меню Правка|Новый режим…. Новый режим будет создан и добавлен в список режимов типа. Далее требуется задать параметры режима.

  	Подсказка
  	Добавить новый режим в структуру слоя можно с помощью метода ObjectModes. AddItem.

• Редактирование режимов. Для редактирования уже созданного режима выберите его в списке и задайте требуемые параметры в правой части диалога структуры слоя;

• Изменение порядка следования режимов. Для изменения положения режима в списке режимов определенного типа надо в дереве типов и режимов «встать» на нужный режим, нажать и удерживать клавишу Ctrl и перемещать режим по списку клавишами вверх/вниз (стрелками).

• Удаление режимов. Для удаления режима, выберите его в списке и нажмите кнопку Удалить на панели инструментов. Режим можно удалить только тогда, когда он не занят объектами (в слое нет объектов этого режима).

	Подсказка
	Удалить режим можно с помощью метода ObjectModes. RemoveItem.

Настройка режимов

Рисунок 162. Параметры режима в диалоге структуры слоя

Параметры выбранного режима задаются в правой части диалога структуры, изображенного на рисунке выше.

Набор параметров зависит от выбранного при создании нового типа графического типа. Общим для всех режимов является только поле Название в котором задается название режима. При создании режима для него задается название «Название режима # НОМЕР», где НОМЕР – порядковый номер режима в типе. Пользователь самостоятельно может изменить его на нужное название.

Далее будет рассмотрена настройка режимов для следующих графических типов:

• для символьного графического типа;

• для линейного графического типа;

• для площадного графического типа;

• для текстового графического типа.

Настройки режима для символьного графического типа

Каждый режим символьного графического типа связан с одним из символов библиотеки символов и для него должны быть заданы следующие параметры:

• В списке Символ из символов слоя выбирается символ, требуемый для отображения режима. В том случае, если подходящего символа нет, можно создать новый нажав кнопку Новый (подробней см. «Редактор символов»), либо отредактировать выбранный символ нажав кнопку Изменить.

• В поле Размер выбирается размер символа.

• Поле Цвет возможно использовать только для тех символов, у которых цвет узора выбран авто, цвет таких символов отображается в виде серо-белых квадратиков ().

• В поле Состояние указывается проводимость объекта.

  Свойство проводимости объекта используется при решении топологических задач. Виды проводимости для символьного типа, объекта инженерных сетей вида «Источник», либо «Задвижка»:

  • Включен – рабочее состояние, проводимость во всех направлениях.

  • Отключен – нет проводимости.

  • Прямая проводимость – существует проводимость от входящих участков к выходящим (для устройств входящей сети является потребителем, для устройств выходящей – источником).

  • Обратная проводимость — проводит от выходящих участков ко входящим (для устройств входящей сети является потребителем, для устройств выходящей – источником).

  • Размыкатель — существует проводимость от выходящих по направлению участков к входящим. В этом состоянии все входящие и выходящие в узел участки разъединены между собой. То есть проводимость через узел в любых направлениях полностью отсутствует.

  • Не работает — в данном состоянии объект ведёт себя как простой узел (всегда открыта). Например, создав дополнительный режим работы задвижки (Сломана) с таким состоянием, в коммутационных задачах такие объекты учитываться не будут.

  Предупреждение

  При добавлении дополнительных режимов в инженерные сети существуют определенные правила! Например такие режимы как потребитель и задвижка следует добавлять в определенной последовательности и по определенным правилам: Задвижки задаются парами режимов, которые воспринимаются программой следующим образом: нечетный номер режима соответствует открытому состоянию, четный номер режима – закрытому. «Номера режимов 1, 3, 5 и т. д.» – включена. «Номера режимов 2, 4, 6 и т. д.» – отключена. Для символьного типа, объекта инженерных сетей вида «потребитель» поле состояние отсутствует, но существуют такие же правила как и у задвижки: задаются парами режимов, которые воспринимаются программой следующим образом: нечетный номер режима соответствует включенному состоянию, четный номер режима – отключенному. В случае отключения участка сети, потребители, попавшие под отключение изменят режим работы на отключенный (перейдут в режим с номером на единицу больше). «Номера режимов 1, 3, 5 и т. д.» – включен. «Номера режимов 2, 4, 6 и т. д.» – отключен. Подробней о правилах добавления режимов в конкретный вид инженерной сети можно ознакомиться в справке по этой сети:

• При установленном флажке Масштабировать для символа включается режим масштабирование, то есть размер символа изменяется при изменении масштаба карты.

• При установленном флажке Не увеличивать больше указанного размера, символ не увеличивается при масштабе карты большем, чем указанный в поле размер.

• При установленном флажке Не уменьшать меньше указанного размера, символ не уменьшается при масштабе карты меньшем, чем указанный в поле размер.

• При установленном флажке Ориентировать при вводе участков, объекты, при вводе на карте будут повернуты по направлению ввода участков. Установка флажка не влияет на положение уже введенных на карту объектов.

• При установленном флажке Поворачивать на 90 град., символ, при вводе на карте, поворачивается на угол 90 градусов по часовой стрелке, относительно изображения в редакторе символов. Параметр действует только при установленном флажке Ориентировать при вводе участков.

• При установленном флажке Ориентация в верхней полуокружности объекты при нанесении будут принимать ориентацию в верхней полуокружности вводимого участка. Параметр действует только при установленном флажке Ориентировать при вводе участков.

Настройки режима для линейного графического типа

Рисунок 163. Параметры режима линейного графического типа в диалоге структуры слоя

Для режимов линейного графического типа задаются цвет, толщина и стиль линии, указываются они в следующих полях:

• В поле Цвет задается цвет линии режима.

• В поле Стиль из линейных стилей слоя выбирается стиль режима. Стиль можно выбрать или нажав на , в этом случае набор стилей откроется в виде списка или нажав кнопку …, тогда стили откроются в дополнительном окне выбора (если нужного стиля нет в списке, его можно самостоятельно создать.

• В полях Толщина на экране и Толщина при печати задается толщина линий режима при выводе на экран и при выводе на печать.

• В поле Масштаб 1:1 задается масштаб карты с которого линия будет масштабироваться. Масштабирование линии будет производиться только при установленной опции Масштабировать.

  	Примечание
  	Масштабирование элементов сложного стиля линий, создаваемого пользователем будет возможно только при условии задания в редакторе стиля линий пропорциональных линейных размеров (см. «Редактор стиля линий»).

• Отображать направления — при установке данной опции на линейном объекте стрелками будет отображаться направление. В дальнейшем если опция включена то отключить отображение направления не меняя свойства линейного режима возможно через настройку слоя. Если же опция отключена то даже при включении отображения в настройке слоя направление отображаться не будет.

• Если при создании типа дополнительно были установлены опции участок и отсекающий дополнительно в поле Состояние можно задать свойство проводимости, эти параметры используются ТОЛЬКО для решения топологических задач. Виды проводимости линейных объектов (Участков):

  • Включен – проводит в обоих направлениях.

  • Отключен – нет проводимости.

  • Прямая проводимость – проводит по направлению ввода (по стрелке).

  • Обратная проводимость – проводит против направления ввода (против стрелки).

• Пересечение линий — в данном разделе производится настройка пересечения линейных объектов.

Настройки режима для площадного графического типа

Рисунок 164. Параметры режима площадного графического типа

Каждому режиму площадного типа надо задать цвет, толщину и стиль линии контура, а также цвет и стиль заливки внутренней области контура, параметры задаются в следующих полях:

• в группе полей Граница настраиваются параметры границы площадного объекта:

  • в поле Цвет задается цвет границы;

  • в поле Стиль из линейных стилей слоя выбирается стиль границы. Стиль можно выбрать или нажав на , в этом случае набор стилей откроется в виде списка или нажав кнопку …, тогда стили откроются в дополнительном окне выбора (если нужного стиля нет в списке, его можно самостоятельно создать;

  • в полях Толщина на экране и Толщина при печати задается толщина границ при выводе на экран и при выводе на печать;

• в группе полей Заливка настраиваются параметры заливки площадного объекта:

  • в полях Цвет фона и Цвет узора задаются цвета узора и фона заливки;

  • в поле Узор из площадных стилей слоя выбирается стиль заливки. Стиль можно выбрать или нажав на , в этом случае набор стилей откроется в виде списка или нажав кнопку . .., тогда стили откроются в дополнительном окне выбора (если нужного стиля нет в списке, его можно самостоятельно создать;

  • в поле Прозрачность задается степень прозрачности заливки (от 0 до 100), поле активно только для заливки, у которой узор выбран сплошной заливкой;

  • В поле Масштаб 1:1 указывается масштаб, при котором размеры элементов заливки отображаются один к одному (параметр аналогичен размеру символа в настройке символьного объекта). Масштабирование будет производиться только при установленной опции Масштабировать.

Настройки режима для текстового графического типа

Рисунок 165. Параметры режима текстового графического типа

Для режимов текстового графического типа параметры задаются в следующих полях:

• В разделе Шрифт — выбирается шрифт для текстового объекта.

• В разделе Начертание — задается начертание для текстового объекта.

• Из списка Набор надо выбрать набор для кодирования символов (по умолчанию используется Юникод).

• В разделе Текст задаются дополнительные параметры для текста:

  • Подчеркнутый, Зачеркнутый — при выборе данных опций текст будет соответственно подчеркнут или зачеркнут;

  • из списка Цвет — выбрать цвет для шрифта;

  • в окошке Высота задать высоту текста, высота задается относительных единицах. Для регулирования размеров текстовых объектов на карте вводится коэффициент масштабирующий отображение текста. Коэффициент задает масштаб карты, при котором текст будет отображаться в таком же размере, в каком он был создан в структуре. Чем больше значение коэффициента, тем крупнее выглядят текст на карте (при одном и том же масштабе карты).

• В разделе Фон можно задать:

  • из списка выбрать Тип текста- будет он с ореолом или выделен боксом вокруг текста, по умолчанию никаких эффектов у текста не будет;

  • при выборе типа Ореол или Бокс для них из списка Цвет выбирается цвет.

• В разделе Выравнивание задается выравнивание для текста:

  • по горизонтали: лево, центр, право;

  • по вертикали: верх, базовая линия, низ;

  • при многострочном тексте: лево, центр, право.

	Примечание
	Все задаваемые параметры текстового объекта будут отображаться в окошке Образец.

Электронные полупроводниковые приборы, страница 2

Электротехника \ Общая электротехника и электроника

Рисунок 1.1 – Виды проводимости в полупроводниках

Рассмотрим понятия электронной и дырочной проводимости. Электронная проводимость определяется движением электронов. Из-за отрицательного заряда электрона эта проводимость называется проводимостью типа–n от английского слова negative – отрицательный. Механизм создания дырочной проводимости состоит в следующем (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Механизм создания дырочной проводимости

В некоторый момент времени t₁ электрон под действием поля E, сходит с внешней орбиты атома и атом превращается в ион с положительным зарядом. В этом случае говорят, что появилась «дырка», (на рисунке 1.2 заштриховано), имеющая положительный заряд, т.е. свободное место для электрона. Под действием электрического поля Е в момент времени t₂ электрон сходит с внешней орбиты близлежащегоатома и занимает место «дырки». Произошло как бы перемещение «дырки». В следующий момент времени t₃ электрон с соседнего атома занимает место этой «дырки» и создаётся «дырка» в другом атоме. Перемещение  «дырки» продолжается. Так как «дырка», как ион, имеет положительный заряд, то этот вид проводимости был назван проводимостью типа–p от английского слова positive – положительный.

Собственная и примесная проводимость. Если полупроводник химически чистый (без примесей), то число свободных электронов равно числу дырок. В полупроводнике тогда имеет место и электронная и дырочная проводимость. Такая проводимость называется собственной проводимостью полупроводника.

Собственная проводимость не позволяет создать полупроводниковые приборы с нужными свойствами. Необходимо, чтобы в полупроводнике преобладала электронная или дырочная проводимость. Этого можно достичь, если в полупроводник ввести примесь. В качестве примесных материалов используются мышьяк, висмут, алюминий, галий, индий. В этом случае проводимость называется примесной. Примеси, вызывающие увеличение числа электронов, а значит создающие проводимость типа–n, называются донорными. Такими примесями являются мышьяк и висмут. Примеси, вызывающие увеличение числа «дырок», а значит создающие проводимость типа–p, называются акцепторными. Таким примесями являются алюминий, галий, индий.

Основные и не основные носители. Те носители зарядов в полупроводнике с примесью, которых больше и которые определяют тип проводимости, называются основными носителями. Тогда носители противоположных зарядов, которых значительно меньше основных носителей, называются неосновными носителями. Например, в полупроводнике типа–p основными носителями являются «дырки», а не основными электроны.

В полупроводнике, как отмечалось, периодически происходит объединение электронов и «дырок». Этот процесс называется рекомбинацией. В установившемся режиме, например, когда температура окружающей среды не измена, число генерированных носителей зарядов равно числу рекомбинированных, и концентрация носителей зарядов остаётся неизменной или равновесной. При изменении условий, например, той же температуры окружающей среды, это равновесие нарушается.

1.2 Образование p–n перехода, его свойства, вольтамперная характеристика.

При соприкосновении (присоединении) двух полупроводников из одного материала (кремний или германий и т.д.), но с различной проводимостью в месте их соединения появляется участок с особыми свойствами, который называется p–n переходом. Итак, p–n переходом называется область, лежащая в зоне соединения двух полупроводников из одного материала, но имеющих разную проводимость. На рисунке 2.1,а показана конструкция p–n перехода, типы проводимостей полупроводников и их основные носители зарядов.

Скачать файл

Выбери свой ВУЗ

• АлтГТУ 419
• АлтГУ 113
• АмПГУ 296
• АГТУ 267
• БИТТУ 794
• БГТУ «Военмех» 1191
• БГМУ 172
• БГТУ 603
• БГУ 155
• БГУИР 391
• БелГУТ 4908
• БГЭУ 963
• БНТУ 1070
• БТЭУ ПК 689
• БрГУ 179
• ВНТУ 120
• ВГУЭС 426
• ВлГУ 645
• ВМедА 611
• ВолгГТУ 235
• ВНУ им. Даля 166
• ВЗФЭИ 245
• ВятГСХА 101
• ВятГГУ 139
• ВятГУ 559
• ГГДСК 171
• ГомГМК 501
• ГГМУ 1966
• ГГТУ им. Сухого 4467
• ГГУ им. Скорины 1590
• ГМА им. Макарова 299
• ДГПУ 159
• ДальГАУ 279
• ДВГГУ 134
• ДВГМУ 408
• ДВГТУ 936
• ДВГУПС 305
• ДВФУ 949
• ДонГТУ 498
• ДИТМ МНТУ 109
• ИвГМА 488
• ИГХТУ 131
• ИжГТУ 145
• КемГППК 171
• КемГУ 508
• КГМТУ 270
• КировАТ 147
• КГКСЭП 407
• КГТА им. Дегтярева 174
• КнАГТУ 2910
• КрасГАУ 345
• КрасГМУ 629
• КГПУ им. Астафьева 133
• КГТУ (СФУ) 567
• КГТЭИ (СФУ) 112
• КПК №2 177
• КубГТУ 138
• КубГУ 109
• КузГПА 182
• КузГТУ 789
• МГТУ им. Носова 369
• МГЭУ им. Сахарова 232
• МГЭК 249
• МГПУ 165
• МАИ 144
• МАДИ 151
• МГИУ 1179
• МГОУ 121
• МГСУ 331
• МГУ 273
• МГУКИ 101
• МГУПИ 225
• МГУПС (МИИТ) 637
• МГУТУ 122
• МТУСИ 179
• ХАИ 656
• ТПУ 455
• НИУ МЭИ 640
• НМСУ «Горный» 1701
• ХПИ 1534
• НТУУ «КПИ» 213
• НУК им. Макарова 543
• НВ 1001
• НГАВТ 362
• НГАУ 411
• НГАСУ 817
• НГМУ 665
• НГПУ 214
• НГТУ 4610
• НГУ 1993
• НГУЭУ 499
• НИИ 201
• ОмГТУ 302
• ОмГУПС 230
• СПбПК №4 115
• ПГУПС 2489
• ПГПУ им. Короленко 296
• ПНТУ им. Кондратюка 120
• РАНХиГС 190
• РОАТ МИИТ 608
• РТА 245
• РГГМУ 117
• РГПУ им. Герцена 123
• РГППУ 142
• РГСУ 162
• «МАТИ» — РГТУ 121
• РГУНиГ 260
• РЭУ им. Плеханова 123
• РГАТУ им. Соловьёва 219
• РязГМУ 125
• РГРТУ 666
• СамГТУ 131
• СПбГАСУ 315
• ИНЖЭКОН 328
• СПбГИПСР 136
• СПбГЛТУ им. Кирова 227
• СПбГМТУ 143
• СПбГПМУ 146
• СПбГПУ 1599
• СПбГТИ (ТУ) 293
• СПбГТУРП 236
• СПбГУ 578
• ГУАП 524
• СПбГУНиПТ 291
• СПбГУПТД 438
• СПбГУСЭ 226
• СПбГУТ 194
• СПГУТД 151
• СПбГУЭФ 145
• СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
• ПИМаш 247
• НИУ ИТМО 531
• СГТУ им. Гагарина 114
• СахГУ 278
• СЗТУ 484
• СибАГС 249
• СибГАУ 462
• СибГИУ 1654
• СибГТУ 946
• СГУПС 1473
• СибГУТИ 2083
• СибУПК 377
• СФУ 2424
• СНАУ 567
• СумГУ 768
• ТРТУ 149
• ТОГУ 551
• ТГЭУ 325
• ТГУ (Томск) 276
• ТГПУ 181
• ТулГУ 553
• УкрГАЖТ 234
• УлГТУ 536
• УИПКПРО 123
• УрГПУ 195
• УГТУ-УПИ 758
• УГНТУ 570
• УГТУ 134
• ХГАЭП 138
• ХГАФК 110
• ХНАГХ 407
• ХНУВД 512
• ХНУ им. Каразина 305
• ХНУРЭ 325
• ХНЭУ 495
• ЦПУ 157
• ЧитГУ 220
• ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

Что такое проводимость? — Определение, типы с примерами

Обзор проводимости

Вы когда-нибудь задумывались, почему сковорода нагревается от пламени? Или когда сковороду кладешь в сторону от огня, она становится прохладной. Почему? Почему ваша одежда сохнет, когда вы ее гладите? Почему вам жарко зимой возле обогревателя? Почему летом жарко даже дома? Можете ли вы придумать концепцию, стоящую за всеми этими вопросами?

То, что происходит во всех вопросах, как указано выше, является проводимостью. Теперь вопрос, что такое проводимость? Какое определение или значение? Или какие примеры?

Что такое проводимость?

Когда ставишь сковороду на огонь, она становится горячей. Это потому, что тепло переходит от пламени к кастрюле. И это позволяет сковороде или любой другой посуде нагреваться. Но когда вы снимаете сосуд с огня, он через некоторое время остывает. Это потому, что тепло сосуда передается в окружающую среду. Это позволяет сосуду остыть.

В обоих случаях тепло передается от горячего объекта к холодному. Обычно так бывает во всех случаях. Процесс, посредством которого тепло передается от горячего конца одного объекта к его холодному концу, называется теплопроводностью.

В твердых телах тепло обычно передается в процессе теплопроводности. В то время как в случае жидкостей и газов этот процесс происходит за счет конвекции.

Определение проводимости

Это операция переноса тепла между двумя соседними частями тела из-за разницы их температур. В этом процессе реальное движение тела не участвует. Однако движение молекул определяет поток тепла. Проще говоря, определение — это поток тепла через тело и внутри него.

Обычно это слово означает перенос энергии из одного места в другое. Однако здесь каждая частица среды остается в своем исходном состоянии.

Типы проводимости

Каждый объект состоит из атомов или молекул. В физике процесс теплопроводности в основном происходит в двух формах:

1. Тепло (теплопроводность или теплопроводность)

• Установившаяся проводимость
• Нестационарное состояние (или переходная проводимость)

2. Электричество (Электропроводность)

Этими двумя способами можно описать поведение процесса теплопередачи. Они определены ниже:

1. Теплопроводность:

Относится к передаче тепла, особенно тепловой энергии. Когда температура объекта увеличивается, молекула внутри объекта начинает вибрировать. И это движение молекул генерирует тепловую энергию, которая проходит через объект в его окружение.

Прикосновение к горящей лампочке, таяние шоколада в ваших руках, держание чьи-то руки, когда вам холодно зимой и т. д., являются ситуациями теплопроводности. Передача энергии в различных объектах зависит от материала объекта, размера объекта и градиента температуры объекта. Градиент температуры – это направление и скорость изменения температуры от одной точки к другой.

Теплопроводность можно разделить на два класса:

Предположим, что на передачу тепла телом не влияет интервал времени. В этом случае такое определение теплопроводности относится к стационарной теплопроводности. В стационарном состоянии энергия, поступающая в тело, всегда равна энергии, выходящей из тела.

Как правило, тепло, получаемое телом, частично преобразуется в тепловое излучение. В то же время другая часть проводится к следующему участку объекта.

Например, при нагревании одной части железного стержня начинается непрерывное изменение температуры в разных точках стержня. Через некоторое время достигается состояние, когда температура во всех частях объекта стабилизируется. Это состояние называется устойчивым состоянием.

Этот тип проводимости также известен как переходная проводимость. В этом режиме проводимости температура может изменяться в любой части объекта в данный момент времени. Основным принципом этого является зависимость температуры тела от времени.

Этот способ проведения обычно происходит, когда изменение температуры возникает во внешних или внутренних областях тела. Это внезапное изменение температуры происходит, когда внутри объекта появляется новый источник тепла.

Например, запуск двигателя автомобиля. В этом случае новый источник тепла добавляется при включении двигателя. Однако эта фаза проведения только на поспешное мгновение. Когда двигатель достигает определенной управляемой температуры, появляется стационарная фаза.

2. Электропроводность:

Передача тепла в объекте при пропускании через него электричества называется электропроводностью или электропроводностью. Это значит передавать электрически заряженные частицы с помощью передающей среды от одного конца тела к другому.

Когда электрически заряженные частицы, электроны или ионы перемещаются, они переносят электричество. Это движение приводит к режиму электрической проводимости. Когда вы включаете электроприбор, он начинает работать. Это происходит из-за электропроводности. Металлы обычно известны как хорошие проводники электричества.

Металлы имеют неплотно упакованные атомы на конце объекта. Это помогает им свободно двигаться. Именно поэтому они являются хорошими проводниками электричества. В то время как в случае жидкостей у них нет свободных электронов. Поэтому для разрыва их связей в них добавляют определенные соединения. После чего могут показать имущество.

Примеры проводимости

Вы, возможно, сталкивались с тем, что, когда в летние дни оставляют стакан с ледяной водой открытым, он со временем нагревается. Причиной этого, конечно, является проводимость. Всякий раз, когда есть разница в температуре тела и окружающей его среды, между ними происходит теплообмен. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температуры между телом и окружающей средой не станут равными.

1. Чашка горячего чая остывает, когда вы ставите ее на стол и оставляете нетронутой.
2. Прикладывание к телу грелки при ощущении холода. Ваше тело начнет чувствовать себя горячим.
3. Если вы размешиваете суп стальной ложкой или половником, оставьте его на некоторое время в посуде на огне. Становится жарко.
4. Когда на ваше тело проливается горячая вода, вы можете обжечься или ошпариться.
5. Вода нагревается, если в ведро с водой положить раскаленный железный стержень.
6. В холодный ветреный день вам может быть тепло, когда вы входите в свой дом.
7. Трудно держать голыми руками горячий металлический стержень.
8. Днем солнце нагревает землю, а ночью земля охлаждается.
9. Пациентам с нарушениями сердечного ритма устанавливают кардиостимуляторы для стимуляции проводимости.
10. В присутствии воды вас может ударить током, если вы коснетесь электрического провода.
11. Электроприборы, которыми вы пользуетесь, работают из-за электрических проводников.

Ежедневно в своей жизни вы сталкиваетесь со многими другими примерами проводимости.

Проводники и изоляторы

Ручки кухонной утвари обычно изготавливаются из материалов, отличных от самой посуды. Это помогает защитить вас от ожогов. Поэтому эти материалы называют плохими проводниками тепла. Изоляторы – это предметы, которые не пропускают через себя тепло. А предметы, которые позволяют пропускать через себя тепло, называются проводниками.

Некоторыми материалами, которые являются хорошими проводниками тепла и электричества, являются металлы, такие как железо, алюминий, медь, золото, серебро, ртуть, бронза, сталь и т. д., и неметаллы, такие как графит. Некоторыми изоляционными материалами являются воздух, масло, чистая вода, резина, пластик, алмаз, стекло, сухая бумага и т. д.

Резюме

Из вышеприведенного обсуждения вы будете хорошо осведомлены о проводимости и ее значении. В физике и химии тепловые и температурные термины связаны с проводимостью. Значение проводимости в словаре — это «процесс, при котором тепло или электричество проходят через материал». Он может быть тепловым или электрическим. Перенос тепла — теплопроводность, а перенос электронов — электропроводность.

Вещества, пропускающие через себя тепло или электричество, являются хорошими проводниками. Напротив, те, которые не пропускают их, называются плохими проводниками (или изоляторами).

Часто задаваемые вопросы

Q1 . Какой принцип лежит в основе проводимости?

Ответ: В процессе проводимости молекулы или атомы тела вблизи горячих концов поглощают энергию. В результате их амплитуда колебаний относительно их означаемого положения увеличивается. Благодаря этому приращению они ударяются о ближайшие к ним атомы, молекулы или частицы. И, следовательно, передавая одну часть энергии, они поглощают другую. Этот процесс продолжался до других концевых молекул.

Q2. Что такое конвекция тепла?

Ответ: Конвекция – это способ передачи тепла. В отличие от проводимости, этот процесс включает движение материи. Поэтому конвекция возможна только в жидкостях или жидкостях. Это связано с течением вещества внутри жидкостей из-за неравных температур его частей. Таяние льда является примером проводимости.

Q3. К чему относится тепловое излучение?

Ответ: Механизм передачи тепла без использования среды называется излучением. В этом способе передачи тепла энергия проходит через материю или пространство в виде электромагнитных волн и поэтому известна как лучистая энергия. Все тела, будь то твердые, жидкие или газообразные, излучают лучистую энергию. Получение рентгеновского снимка или химиотерапии в стационаре осуществляется методом облучения.

 

 

Три типа проводимости | наука

••• Hemera Technologies/PhotoObjects. net/Getty Images

Обновлено 25 апреля 2017 г.

Мишель Ферлонг

Проводимость — это процесс, посредством которого что-то, например тепло или электрический ток, проходит через одно вещество к другому вещество. Одно из веществ или объектов остается неподвижным на протяжении всего этого процесса, но на него по-прежнему влияет разница в температуре, энергии или теплоте другого вещества.

Электропроводность

Электропроводность относится к способности материала передавать электрический ток. Проводимость определяется тем, насколько плотный объект по сравнению с силой электрического поля, которое он может поддерживать. Металлы — это вещества с высоким уровнем проводимости (также известные как проводники), поскольку они демонстрируют минимальное сопротивление электрическому заряду. Изоляторы, такие как стекло, представляют собой материалы, устойчивые к электрическим зарядам. Телевизоры, радиоприемники и компьютеры являются примерами изобретений, основанных на токе, обеспечиваемом электропроводностью.

Теплопроводность

Там, где электропроводность относится к передаче или электрическому току, теплопроводность относится к передаче энергии, в частности, тепловой энергии. Теплопроводность иногда называют теплопроводностью. Энергия передается внутри неподвижного объекта в результате изменения температуры прилегающих друг к другу частей материала. Энергия будет двигаться быстро или медленно в зависимости от того, из чего сделан объект, насколько он велик и, самое главное, от градиента температуры. Градиент температуры относится к скорости и направлению изменения температуры от одной точки к другой. Алмазы и медь являются материалами с высокой теплопроводностью.

Фотопроводимость

Фотопроводимость возникает, когда материал поглощает электромагнитное излучение, что приводит к изменению электропроводности вещества. Электромагнитное излучение может быть вызвано чем-то столь же простым, как свет, падающий на полупроводник, или чем-то столь же сложным, как материал, подвергающийся воздействию гамма-излучения. Когда происходит электромагнитное событие, количество свободных электронов увеличивается, как и количество электронных дырок, что увеличивает электропроводность объекта. Общие области применения фотопроводимости включают копировальные машины, солнечные батареи и оборудование для обнаружения инфракрасного излучения.

Законы, относящиеся к проводимости

Математические законы касаются как электропроводности (закон Ома), так и теплопроводности (закон Фурье). Закон Ома показывает, как связаны между собой напряжение (V), ток (I) и сопротивление (R). Закон Ома можно выразить несколькими способами, в том числе V = IR, что означает, что напряжение равно силе тока, умноженной на сопротивление. Закон Фурье показывает, что тепловая энергия переходит от более теплых материалов к более холодным. Закон Фурье можно записать как q = k A dT / s. В этом уравнении q относится к скорости теплопроводности, A — площади теплопередачи, k — теплопроводности материала, dT — разности температур материала, а s — толщины материала.