Содержание

Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры

Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры  [c.196]

Зависимость удельного сопротивления полупроводников от температуры и освещения. Опыты показывают, что при нагревании электрическое сопротивление полупроводниковых кристаллов уменьшается (рис. 157). Уменьшение электрического сопротивления полупроводников при нагревании объясняется тем, что с повышением температуры кристалла число освобождающихся  [c.156]


Зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры может быть выражена экспоненциальной функцией  [c.207]

Рассмотрим теперь аналогичные характеристики электронных полупроводников. Эти. материалы обычно имеют удельные сопротивления в пределах от —10 дд юэ ом см при 0° С, т. е. значительно более высокие, чем у металлов, но гораздо более низкие, чем у изоляторов.

На фиг. 1 приведены кривые зависимости удельного сопротивления р от температуры Т для двух типичных образцов полупроводников. Из кривых видно, что удельное  [c.159]

Таким образом, изменение удельного сопротивления полупроводника с собственной проводимостью в зависимости от температуры дается выражением  [c.197]

Обычно к проводникам относят вещества с удельным сопротивлением менее 10 Ом -м, а к диэлектрикам — с р более 10 Ом -м удельное сопротивление полупроводников составляет 10″ —10 Ом -м. Однако при классификации веществ по электрическим свойствам кроме значения р необходимо учитывать и физическую природу электропроводности, в частности вид свободных носителей заряда и характер зависимости р от температуры.  [c.7]

Качественное объяснение этих свойств графита было получено в результате расчетов, произведенных с помощью зонной модели [36, 37]. Установлено, что в направлении, параллельном слоям атомов углерода, вершина заполненной зоны электронных уровней касается дна проводящей зоны.

Поэтому проводимость графита в этом направлении должна быть такой же, как и у полупроводника с собственной проводимостью при стремлении к нулю ширины запрещенной зоны. На основании расчетов, произведенных для чистого поликристаллического графита [36, 38], следует, что величина удельного сопротивления р изменяется при низких температурах пропорционально 1/Г. Присутствие химических загрязнений и физических неоднородностей приводит к появлению дополнительных уровней в месте соприкосновения заполненной валентной и пустой проводящей зон, в результате чего характер зависимости удельного сопротивления от температуры изменяется. Для графита с небольшим содержанием примеси величина удельного сопротивления должна возрастать при понижении температуры и принимать конечные значения при 0° К. Образцы очень загрязненного примесями графита должны обладать слабо выраженными. металлическими свойствами и иметь положительный температурный коэффициент даже при самых низких температурах.  
[c.172]

Контролируемое введение примесей в полупроводник позволяет в очень широких пределах изменять как удельное сопротивление, так и степень его зависимости от температуры. Если в полупроводник добавляется очень небольшое количество  [c.197]


В разд. 5.1 показано, как влияет на свойства полупроводника введение небольшого количества примеси. Зависимость сопротивления от температуры чрезвычайно чувствительна к количеству и качеству вводимой примеси, что может использоваться для получения желаемых характеристик. Из рис. 5.7 видно, что для термометрических целей более всего интересны области III и IV. Хотя наклоном кривой и абсолютным значением удельного сопротивления можно в какой-то степени управлять, высокая чувствительность обоих этих параметров к малым изменениям концентрации примеси мешает получать  
[c.235]

Цель лабораторной работы — определение зависимости величины удельного электрического сопротивления твердых проводников и полупроводников от изменения температуры с использованием стандартных методов.  [c.141]

Полупроводниками называют вещества, удельное сопротивление которых при нормальной температуре находится между значениями удельных сопротивлений проводников и диэлектриков (в диапазоне от до 10 °. ..10 Омом). Основным свойством полупроводника является зависимость его электропроводности от воздействия температуры, электрического поля, излучения и других факторов. Полупроводники в отличие от проводников имеют отрицательный коэффициент температурного удельного сопротивления, электропроводность полупроводников с увеличением температуры растет экспоненциально.  

[c.334]

На рис. 16 и 17—представлены величины удельного сопротивления карбида кремния в зависимости от давления, а на рис. 17 — в зависимости от зернистости. Электросопротивление полупроводников, как правило, снижается с повышением температуры, уменьшается под воздействием сильного электрического поля и увеличивается в магнитном поле [27].  [c.98]

Характер отклонения кривой зависимости 1п р от 1/7 от линейности для типичного термистора показывает, что удельное сопротивление термистора зависит от температуры так же, как удельное сопротивление примесного полупроводника, для которого наблюдается зависимость вида  [c.

165]

Недостатками всех ферритов являются хрупкость и возможность обработки только шлифованием, а также резко выраженная зависимость магнитных свойств от температуры и механических воздействий. Ферриты являются магнитными полупроводниками и, следовательно, с ростом температуры их удельное сопротивление уменьшается, что вызывает увеличение потерь на вихревые токи.  [c.86]

Прежде чем перейти к подробному обсуждению зависимости удельного сопротивления металлов и полупроводников от температуры, коснемся особенностей поведения концентрированных сплавов. Введение значительного количества примесных атомов в твердый раствор приводит к искажению кристаллической решетки. Вследствие этого появляется дополнительный вклад в рассеяние. Его величина почти не зависит от температуры и может во много раз превышать долю электрон-фонон-ного рассеяния в чистом металле. Изменение остаточного удельного сопротивления неупорядоченного сплава Си—Аи в зави-  

[c. 191]

Типичные температурные зависимости удельного сопротивления р полупроводниковых керамических сегнетоэлектриков приведены на рис. 21.17. Вдали от точки Кюри р снижается с ростом температуры, как и у других диэлектриков и полупроводников, однако в определенном интервале в окрестности точки Кюри наблюдается резкий аномальный рост р. Величина р увеличивается в тысячи, а иногда и миллионы раз. Это и есть позисторный эффект. Область положительного ТКр находится в области перестройки решетки при фазовом переходе. Если перестройка решетки происходит в узком интервале температур (четкий фазовый переход), то р увеличивается скачкообразно (кривые 1, 2, 5). В случае же сегнетоэлектриков с размытым фазовым переходом увеличение р с температурой плавное и происходит во всем интервале температур раз.мытия перехода (кривые 3, 4).  [c.226]

Удельное сопротивление полупроводников является величиной изменчивой, зависящей от наличия примесей в материале и от технологии изготовления (многие полупроводники изготовляются посредством измельчения, смешения, прессования составных частей и последующего обжига, т.

е. приемами керамической технологии (см. гл. 8). Как уже упоминалось, сопротивление полупроводников зависит от температуры в некоторых апучаях эта зависимость выражена весьма заметно, и такие полупроводники могут применяться в качестве элементов электрических устройств, для которых важна зависимость сопротивления от температуры ( т е р м о с о п р о т и в л е н и я ), В ряде случаев сопротивление полупроводников сильно зависит от освещенности, уменьшаясь при повышении последней такие полупроводники используются в качестве фотосопротивлений. Некоторые материалы типа полупроводников резко изменяют сопротивление в зависимости от величины приложенного напряжения, являясь нелинейными сопротивлениями . Полупроводники используются в качестве электронагревательных элемен-  
[c.193]


Простая модель электронного газа, созданная Друде в 1900 г., успещно предсказала законы Ома и Видемана — Франца. Однако она не объяснила зависимость электропроводности от температуры, а также магнитные свойства и малую величину электронной теплоемкости по сравнению с классическим значением 3/ . В настоящее время ясно, почему удельное сопротивление особо чистых металлов падает от типичного для комнатных температур значения 10 мкОм см до значения менее 10 з мкОм -см при температуре жидкого гелия в то время как удельное сопротивление концентрированного сплава падает всего в два раза в том же диапазоне температур. Поведение полупроводников также хорошо понято удельное сопротивление экспоненциально возрастает при уменьшении температуры, и при очень низких температурах чистые полупроводники становятся хорошими диэлектриками. Добавка в образец полупроводника небольшого количества примесей чаще всего существенно уменьшает удельное сопротивление (в противоположность чистым металлам, в которых наличие примесей ведет к увеличению удельного сопротивления).  
[c.187]

Существует класс полупроводниковых приборов, выполненных на основе смешанных окислов переходных металлов, которые известны под общим названием термисторов. Термин термистор происходит от слов термочувствительный резистор . Толчком к разработке термисторов послужила необходимость компенсировать изменение параметров электронных схем под влиянием колебаний температуры. Первые термисторы изготавливались на основе двуокиси урана ПОг, но затем в начале 30-х годов стали использовать шпинель MgTiOз. Оказалось, что удельное сопротивление MgTiOз и его температурный коэффициент сопротивления (ТКС) легко варьируются путем контролируемого восстановления в водороде и путем изменений концентрации MgO по сравнению со стехиометрической. Использовалась также окись меди СиО. Современные термисторы [60, 61] почти всегда представляют собой нестехиометрические смеси окислов и изготавливаются путем спекания микронных частиц компонентов в контролируемой атмосфере. В зависимости от того, в какой атмосфере происходит спекание (окислительной или восстановительной), может получиться, например, полупроводник п-типа на поверхности зерна, переходящий в полупроводник р-типа в глубине зерна, со всеми вытекающими отсюда последствиями для процессов проводимости.

Помимо характера проводимости в отдельном зерне, на проводимость материала оказывают существенное влияние также процессы на границах между спеченными зернами. Высокочастотная дисперсия у термисторов, например, возникает вследствие того, что они представляют собой сложную структуру, образованную зонами плохой проводимости на границах зерен и зонами относительно высокой проводимости внутри зерен.  [c.243]

Ниже будет рассмотрено изменение электросопротивления с температурой для некоторых типов угольных термометров сопротивления. Даже качественное совпадение с тем, что дает зонная теория, наблюдается только в отдельных случаях. Для некоторых образцов величина удельного сопротивления р увеличивается почти экспоненциально при понижении температуры, указывая на то, что имеет место термическая активация носителей тока. Однако из этого не следует, что весь объем графита является элементарным полупроводником и что теоретическое предсказание оказывается несостоятельным. Характер изменения величины электросопротивления с температурой может быть объяснен тем, что частицы графита, входящие в состав образца, обычно находятся в плохом контакте друг с другом или с металлическими контактами. Поэтому носители должны быть тер.мически активированы для преодоления значительных энергетических барьеров. Этот процесс активации может привести к такой зависимости электросопротивления от температуры, которая наблюдалась выше. Очевидно, что способ изготовления угольных сопротивлений играет наиболее важную, хотя и трудно определимую роль при получении желаемых характеристик.  [c.173]

Пленки больщинства металлов (например, благородных металлов и неферромагнитных металлов переходной группы) толщиной в несколько сот ангстрем имеют удельное электросопротивление, величина которого изменяется с изменением температуры так же, как и у сплошных металлов. Однако пленки этих металлов толщиной в несколько ангстрем имеют большое удельное электросопротивление и большой отрицательный температурный коэффициент. Зависи.мость сопротивления этих пленок от те.мпературы в широком интервале температур описывается уравнением, характерным для примесных полупроводников. Энергия активации в сильной степени зависит от состава пленок и их толщины. Для пленок значительной толщины, но еще не настолько толстых, чтобы появились типичные металлические свойства, зависимость сопротивления от температуры оказывается более сложной. Характеристики этих пленок и воспроизводимость их свойств сильно зависят от способа приготовления пленки, от присутствия сорбируе.мых газов, а в некоторых случаях — от старения и отжига.  [c.181]

Выше приведено значение удельного сопротивления германия весьма высокой чистоты, близкое к значению собственного со-ттротивления германия. Примеси сильно понижают удельное сопротивление германия. С увеличением температуры удельное электросопротивление германия (как и у всех полупроводников) понижается. Характерна зависимость электросопротивления германия от давления.[c.376]

Удельное электрическое сопротивление любого радиоматериала в значительной степени зависит от температуры (рис. 1). Так, у проводников с повышением температуры удельное сопротивление возрастает. Это связано с более интенсивным колебанием атомов в узлах кристаллической решетки проводника, что мешает направленному перемещению свободных электронов В связи с этим общее и удельное электрические сопротивления проводников увеличиваются. У полупроводников и диэлектриков, наоборот, с возрастанием температуры общее и удельное сопротивления уменьшаются. Это объясняется увеличением энергии носителей элек-Рис. 1. Зависимость удель- тоических зяпялов ного электрического сопро- трических зарядов.  [c.6]


Измерение электрофизических свойств Ag2Se показало, что при комнатной температуре селенид серебра является электронным полупроводником с удельным сопротивлением 10-10 ом-см, подвижностью электронов 2050 см (в-сек). Термоэлектродвижущая сила селенида в зависимости от способа приготовления колеблется от 140 до 160 мв град [42]. Теплопроводность АдгЗе при комнатной температуре минимальная при 40°С 5на имеет максимальную величину, составляющую 3-10 з кал (см-сек-град).  [c.109]

Перейдем теперь к рассмотрению менее изученного класса жидкостей с высоким удельным электрическим сопротивлением. Чистый селен изучали в течение долгого времени. По сравнению с другими жидкими полупроводниками молекулярная структура селена хорошо изучена. Жидкая сера очень похожа на жидкий селен, и было показано, что обе эти жидкости состоят из смеси цепных молекул и восьмичленных колец (а возможно и больших колец). Концентрация колец увеличивается с понижением температуры, и имеется критическая температура, ниже которой существуют только кольцевые молекулы. Критическая температура экспериментально наблюдалась только для жидкой серы для селена расчетное значение этой температуры лежит ниже точки затвердевания. Теория равновесия связей для этих жидкостей разработана очень хорошо [78, 104], и эта теория является прототипом теории для сплавов Т1—Те, описанной в гл. 7, 3. Для настоящего обсуждения достаточно отметить, что средняя длина цепи уменьшается с температурой, а концентрация разрушенных связей описывается с помощью константы равновесия с энергией активации Еа, которая была определена различными способами. Эйзенберг и Тобольски [78] на основе данных по вязкости оценили d = 0,54 эВ. Разорванные связи являются парамагнитными центрами, и определение их концентрации в зависимости от температуры методом электронного спинового резонанса дало значение магнитной восприимчивости [175] привело к значению Еа==0,87 эВ.  [c.210]

На первых порах накопление достоверной информации о полупроводниках существенно задерживалось тем обстоятельством, что экспериментальные данные чрезвычайно чувствительны к чистоте образца. Примером может служить фиг. 28.2, где изображенно удельное сопротивление германия в зависимости от Т для различных концентраций примесей. Отметим, что даже столь малые концентрации, как несколько примесей на 10 атомов, могут приводить к заметным эффектам и сопротивление может изменяться при данной температуре в 10 раз при изменении концентрации примесей только в 10 раз. Отметим также, что при повышении температуры сопротивление образца с заданной концентрацией примесей достигает значения, лежащего на общей для всех образцов кривой. Это предельное сопротивление, которое имел бы, очевидно, идеальный, совершенно чистый образец, носит название собственного сопротивления.  [c.186]


Electrical resistance

http://en.wikipedia.org  Wikipedia, свободная энциклопедия

(везде ниже под сопротивлением понимается активное (резистивное) сопротивление, в котором происходит диссипация (рассеяние) электрической энергии и необратимый переход её в другие виды энергии, например, тепловую)

Электрическое сопротивление – физическая величина, характеризующая степень противодействия объекта электрическому току протекающему через него. Единица электрического сопротивления в системе СИ – ом ( 1 Ом). Величина, обратная электрическому сопротивлению, называется электрической проводимостью. Единица электрической проводимости в системе СИ – сименс (1 См). Механическим аналогом электрического сопротивления является трение.

Сопротивление объекта определяет отношение напряжения, приложенному к объекту, к току, протекающему через объект.

где       

             R  это сопротивление объекта, измеряется в омах, размерность Дж·с/Кл2

             V  это напряжение, приложенное к объекту, измеряется вольтах

             I   это ток, текущий через объект, измеряется в амперах

Для широкого ряда материалов и условий электрическое сопротивление не зависит от тока, протекающего через объект, и не зависит от напряжения, приложенного к объекту. Это значит, что сопротивление R постоянно.

Потери в электрическом сопротивлении

Когда ток I протекает через проводник, обладающий сопротивлением R, электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию согласно закону Джоуля-Ленца. Мощность теплового потока:

где

         P  это мощность, измеряется в ваттах

         I   это ток, измеряется в амперах

         R  это сопротивление, измеряется в омах

Это явление преобразования энергии очень важно и используется в лампах накаливания и  электрических нагревателях. В других областях применения явление преобразования энергии вредно, так как вызывает потери энергии, например, в линиях передачи электроэнергии. В идеальном случае, проводники, служащие для соединений электрических устройств друг с другом, должны иметь нулевое сопротивление, но в реальных условиях только сверхпроводники отвечают этому требованию, тоесть являются идеальными проводниками. Общими способами уменьшения энергетических потерь в проводниках являются использование более толстых проводов и увеличение напряжений.

Сопротивление проводника

Сопротивление в цепи постоянного тока

Так как плотность тока постоянна в однородном проводнике, то сопротивление R проводника, через который течёт постоянный ток, может быть вычислено как

где

         l   это длина проводника, измеряется в метрах

         это площадь поперечного сечения проводника, измеряется в квадратных метрах  

         ρ  (Греческое: ро)  это удельное сопротивление материала проводника, измеряется в ом · метр. Удельное сопротивление характеризует способность оказывать противодействие электрическому току для данного материала проводника.

По практическим причинам почти любые подключения к реальному проводнику, с высокой вероятностью приведут к тому, что плотность тока в проводнике не будет постоянна. Тем не менее, эта формула даёт хорошую точность для длинных тонких проводников, таких, как проволочные провода.

Сопротивление в цепи переменного тока

(Для проводника, имеющего сопротивление R и  включенного в цепь переменного тока, так же выполняются законы Джоуля-Ленца и Ома; при этом используются среднеквадратичные значения тока и напряжения. Среднеквадратичное значение называется также эффективным или действующим. В случае переменного тока активное сопротивление является частью общего сопротитвления – импеданса. Импедансом называется полное (комплексное) сопротивление цепи переменного тока. Активное сопротивление это действительная часть импеданса.)

Если по проводу течёт переменный ток высокой частоты, то эффективная площадь сечения провода уменьшается по причине скин эффекта. Это приводит к увеличению сопротивления провода 10 dB на декаду, для провода, имеющего радиус много больший, чем глубина проникновения тока.

В проводнике, расположенном вблизи других проводников, фактическое сопротивление больше, чем предсказывает теория скин-эффекта, по причине эффекта близости.

Причины сопротивления

Сопротивление металлов

Металл состоит из атомной кристаллической решётки; атомы окружены электронными оболочками. Атомная решётка также известна, как положительная ионная решётка. Внешние электроны свободно отделяются от родительских атомов и путешествуют в кристаллической решётке, создавая «море» электронов, которое и делает металл проводником. Когда разность электрических потенциалов (тоесть напряжение, измеряемое в вольтах) приложено к металлу, электроны дрейфуют от одного конца проводника к другому под действием электрического поля.

При комнатной температуре тепловые колебания ионов решётки являются основным источником рассеивания электронов (благодаря ослабляющей интерференции свободной электронной волны на противоположных потенциалах ионов) – это основной случай металлического сопротивления. Неоднородности и дефекты кристаллической решётки также вносят вклад в сопротивление, хотя их вклад (в случае чистых металлов) пренебрежимо мал.

С увеличением площади поперечного сечения проводника большее число электронов становится проводниками тока, поэтому сопротивление уменьшается. С увеличением длины проводника увеличивается число случаев рассеяния на пути каждого электрона через металл проводника, поэтому сопротивление увеличивается. Сопротивление так же зависит от выбора металла.

Сопротивление полупроводников и изоляторов (диэлектриков)

(Уровень Ферми – наивысший энергетический уровень, занятый электронами при T = 0 K.)

В металлах уровень Ферми лежит в зоне проводимости, заполненной лишь частично. Электроны, находящиеся в зоне проводимости, получив сколь угодно малую энергетическую добавку (например, за счёт теплового движения или электрического поля), могут перейти на более высокий (свободный) энергетический уровень той же зоны, тоесть стать свободными электронами и участвовать в проводимости. С ростом температуры сопротивление будет расти, так как увеличивается рассеяние электронов проводимости на тепловых колебаниях решётки, и средняя длина свободного пробега электрона уменьшается.

В отличие от металлов, в химически чистых полупроводниках (так же называемых собственными) уровень Ферми лежит в середине запрещённой зоны, и расположен строго между нижним уровнем зоны проводимости и верхним уровнем валентной зоны. Это значит, что при температуре 0 Кельвин, валентная зона полностью заполнена электронами, а зона проводимости пустая, тоесть свободных электронов проводимости нет, и сопротивление стремится к бесконечности. Поэтому, при абсолютном нуле температур, чистые полупроводники не проводят электрического тока, тоесть являются изоляторами. С ростом температуры сопротивление будет уменьшаться из-за увеличения концентрации носителей заряда (электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне).

В полупроводниках с примесной проводимостью примесные атомы увеличивают общее число свободных носителей заряда (создавая добавочные энергетические уровни в запрещённой зоне, тем самым расширяя валентную зону или зону проводимости). Донорные примеси увеличивают число электронов в зоне проводимости. Акцепторные примеси увеличивают число дырок в валентной зоне. И для донорных и для акцепторных примесных атомов увеличение концентрации примесей ведёт к уменьшению сопротивления. При очень высокой концентрации примесей полупроводник приближается по свойствам к металлу. При очень высоких температурах увеличивается число свободных носителей заряда, возбуждённых вследствие теплового движения, их вклад начинает преобладать над вкладом со стороны примесных атомов, и сопротивление будет уменьшаться с увеличением температуры по экспоненциальному закону. Поэтому, при высоких температурах, примесный полупроводник приближается по свойствам к собственному полупроводнику.

Сопротивление электролитов

Электролитами называются жидкие и твёрдые вещества, в которых перенос зарядов под действием электрического поля осуществляется не электронами или дырками, а положительными и отрицательными ионами, движущимися в противоположных направлениях. (Ион – электрически заряженная частица, образующаяся при отрыве или присоединении одного или нескольких электронов (или других заряженных частиц) к атому, молекуле, радикалу и другому иону.) К ионным проводникам, которыми являются электролиты, применимы законы Ома и Джоуля-Ленца (для растворов – за исключением областей сильных электрических полей и высоких частот). Сопротивление очень сильно зависит от свойств электролита и обычно значительно выше, чем у электронных проводников. Биологическим примером являются соли, проводящие ток в биологических мембранах.

Сопротивление различных материалов

Материал

Удельное сопротивление

ρ, Ом·м

Металлы

10 -8…10 -6

Полупроводники

10 -5…10 4

Электролиты

10 -2…10 8

Изоляторы

10 8 …10 18

Зонная теория

Применение законов квантовой механики показывает, что энергия электрона в атоме не может принимать произвольные значения. Вместо этого имеется определённое число фиксированных энергетических уровней, которые и может занять электрон, а междууровневые значения энергий – невозможны. Энергетические уровни группируются в зоны. Зон много, но в явлениях электропроводности участвуют только две зоны: валентная зона и зона проводимости. Зона проводимости расположена над валентной зоной. Электроны, находящиеся в зоне проводимости, могут передвигаться свободно через вещество, под действием электрического поля. 

В изоляторах и полупроводниках, атомы в веществе взаимодействуют таким образом, что между валентной зоной и зоной проводимости существует запрещённая зона, состоящая из множества запрещённых энергетических уровней, которые электрон занять не может. Поэтому, для протекания электрического тока, необходимы большие затраты энергии для того, чтобы электрон смог преодолеть запрещённую зону и достигнуть зоны проводимости. Поэтому, даже большие напряжения приводят к очень незначительным токам.

Дифференциальное сопротивление

В случае, когда сопротивление зависит от тока и напряжения, вводится понятие дифференциального сопротивления. Дифференциальное (возрастающее или убывающее) сопротивление определяется, как наклон графика ВАХ (вольт амперной характеристики) в заданной точке:

Эта величина иногда называется просто сопротивление , хотя эти два определения эквивалентны только для омических элементов, таких как идеальный резистор. Если график ВАХ не монотонный (например имеет пик или провал), дифференциальное сопротивление при определённых значениях тока и напряжения будет отрицательным. Эта особенность известна под названием «отрицательное сопротивление», хотя более правильным названием было бы отрицательное дифференциальное сопротивление, так как абсолютное сопротивление U/I остаётся положительным. Дифференциальное сопротивление также называют динамическим сопротивлением. 

Зависимость сопротивления от температуры

При температурах, близких к комнатной температуре, электрическое сопротивление типичных металлов линейно зависит от температуры. При низких температурах (ниже температуры Дебая), сопротивление уменьшается пропорционально T 5 , благодаря рассеянию электронов на фононах. При ещё более низких температурах, близких к 0 К, доминирует механизм рассеяния электронов на электронах и др. процессы, и сопротивление уменьшается пропорционально T Z, где Z=2,3,4 для разных металлов ( например T 2 для Li при T=1…10K). С некоторой точки, примеси в металле будут играть доминирующую роль в определении сопротивления и приведут к насыщению, тоесть сопротивление будет стремиться к постоянному значению. Правило Матиссена гласит, что сумма вышеперечисленных температурных зависимостей сопротивления, обусловленных различными причинами, даёт общее сопротивление как функцию температуры,

где Rimp это температуронезависимое сопротивление, обусловленное примесями, и a, b, и c – коэффициенты которые зависят от свойств металла.

Электрическое сопротивление типичного собственного (без примесей) полупроводника уменьшается экспоненциально с ростом температуры:

Полупроводники с примесной проводимостью имеют более сложный температурный профиль. При увеличении температуры, начиная от абсолютного нуля, сопротивление круто уменьшается, так как носители заряда покидают донорные и акцепторные уровни (примесная проводимость). Дальше, с ростом температуры, после того, как большинство донорных и акцепторных уровней потеряют носителей заряда (истощение примесей), сопротивление начнёт медленно расти благодаря уменьшению подвижности носителей заряда (как в металле). При ещё более высоких температурах вклад свободных носителей заряда, возбуждённых вследствие теплового движения, начинает преобладать над вкладом примесных донорно-акцепторных носителей заряда, и сопротивление будет резко уменьшаться с увеличением температуры по экспоненциальному закону (собственная проводимость), тоесть примесный полупроводник ведёт себя, как собственный полупроводник.

Электрическое сопротивление электролитов и изоляторов сильно нелинейно, и закон Ома выполняется только для ограниченных значений токов и напряжений. Поэтому обобщённые уравнения не могут быть приведены.

Измерение сопротивления

Прибор для измерения сопротивления называется омметр. Обычные омметры не могут точно измерять низкие значения сопротивлений (доли Ом), потому что собственное сопротивление прибора (и другие причины) вызывает падение напряжения, которое интерферирует с падением напряжения на измеряемом сопротивлении. Более точные приборы для измерения низких сопротивлений используют четырёх-проводные щупы (Four-terminal sensing / 4T sensing). Для измерения больших сопротивлений применяют мегаомметры и тераомметры.

 

Электрическое сопротивление полупроводников – Справочник химика 21

    Явление же уменьшения электрического сопротивления полупроводника под действием света получило назва- [c.167]

    Электрическое сопротивление полупроводников находится в пределах 10 —10 Ом-см и занимает промежуточное положение между сопротивлением хороших проводников (10″ Ом-см) и изоляторов (10 —10 Ом-см). В отличие от металлов, сопротивление полупроводников возрастает с ростом температуры. [c.192]

    Явление же уменьшения электрического сопротивления полупроводника под действием света называется внутренним фотоэффектом, а основанные на этом явлении приборы — фотосопротивлениями. [c.195]


    ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ [c.227]

    Определение удельного электрического сопротивления полупроводников и установление зависимости сопротивления от температуры [c.230]

    Еще одна интересная особенность — ширина запрещенной зоны, определяющая основные свойства полупроводника, в данном случае величина не постоянная, как у неорганических материалов, а переменная. Ею можно легко управлять. Например, можно получать различные производные полиацетилена, в которых водород замещается различными радикалами. Можно удлинять или укорачивать полимерные цепи. Можно по-разному укладывать полимерные молекулы в волокна и пленки, менять электрическое сопротивление в местах контакта между молекулами. [c.128]

    Особыми свойствами, отличающими их как от металлов, так и от изоляторов, обладают полупроводники. При низких температурах их электрическое сопротивление весьма велико и в этих условиях они проявляют свойства изоляторов. Однако при нагревании или при освещении электрическая проводимость полупроводников резко возрастает и может достигать величин, сравнимых с проводимостью металлов. [c.635]

    Оксиды металлов являются полупроводниками, т. е. веществами, электрическое сопротивление которых занимает промежуточное положение между электрическим сопротивлением металлов и диэлектриков и свойства которых (в частности, электропроводность) существенно зависят от температуры. При этом оксиды делятся на две группы  [c.20]

    Большая часть минералов и горных пород обладает низкой электрической проводимостью и, следовательно, высоким удельным электрическим сопротивлением р. В геофизике численное значение этой величины принято выражать для куба, ребро которого равно 1 м. Следовательно, размерность этой константы будет Ом м. Удельное сопротивление минералов колеблется от 10 до 10 Ом м. В зависимости от численного значения минералы условно разделяются на три группы проводники — р 10 Ом-м. [c.120]

    Резистивные стеклоэмали обладают повышенным удельным электрическим сопротивлением (на три порядка и более выше проводниковых) с нормированным значением температурного коэффициента благодаря применению в качестве наполнителя полупроводников и полуметаллов. Их применяют в составе рисунка печатных микроузлов для всего диапазона номиналов резисторов, применяемых в РЭА. [c.57]

    Теллур как элементарное вещество в обычных условиях представлен только одной формой. На рис. 3.2 показана форма, по структуре аналогичная серому селену межатомное расстояние Те—Те 2,835 А, валентный угол 103,2°, вещество является полупроводником, однако по сравнению с селеном обладает гораздо меньшей величиной электрического сопротивления. При нагревании под давлением свыше 70 кбар образуется аллотропная модификация, соответствующая металлическому состоянию р-формы полония и принадлежащая к ромбоэдрической структурной системе. В газовой фазе устойчивыми являются формы Тег и Те, обладающие парамагнитными свойствами. [c.107]


    Принцип получения информации о температуре ОК основан на температурной зависимости электрического сопротивления материалов. Указанным свойством обладают многое материалы, при этом наиболее широкое применение в практике НК оно нашло при измерении и контроле температуры металлов, полупроводников и электролитов. [c.551]

    Электрические свойства [1]. Электрическое сопротивление углей сильно зависит от влажности, температуры, химического состава и наличия минеральных компонентов. В целом угли являются полупроводниками. Удельное электрическое сопротивление для бурых и каменных углей составляет 10 — 10 ° Ом-см, для антрацитов 5-10 —2-10 Ом-см. Минималь- [c.52]

    Чувствительную область детектора, т. е. область, в которой существует электрическое поле, можно увеличить, приложив к переходу обратное смещение. Если к и-области присоединить плюс источника напряжения, а к /7-области — минус , то свободные заряды перемещаются в направлении от перехода. В результате чувствительный объем детектора увеличивается (рис. 6.2.7), а емкость перехода уменьшается. Темновой ток в этом случае обусловлен неосновными носителями заряда (электронами и дырками). Концентрация неосновных носителей может быть на несколько порядков меньше концентрации собственных носителей. Поэтому ток, обусловленный тепловой генерацией носителей в области р—и-перехода, оказывается на несколько порядков меньше тока той же природы в собственном полупроводнике. Почти полное отсутствие свободных носителей в обедненной области означает, что удельное сопротивление полупроводника в ней гораздо больше удельного сопротивления материала вне перехода. Ширину чувствительной области можно увеличить не только за счет приложенного обратного смещения, но и вводя между р- и и-областями полупроводник с собственной проводимостью. В этом случае образуется так называемая р—/— и-структура. [c.86]

    Термометры сопротивления изготовляют из металлов, которые при изменении температуры заметно меняют свое электрическое сопротивление. В качестве материала для промышленных термометров сопротивления обычно используют платину, медь или никель. Однако способность изменять сопротивление в зависимости от температуры присуща также и полупроводникам вполне возможно, что по мере усовершенствования полупроводниковых материалов они найдут широкое применение в термометрах сопротивления. [c.384]

    Тип детектора также определяется природой и интенсивностью излучения, проходящего через ячейку с образцом. Например, для ионизирующего излучения, такого, как рентгеновские лучи, подходящими детекторами являются счетчики Гейгера, пропорциональные или сцинтилляционные счетчики. Излучение низкой частоты (т. е. инфракрасное) регистрируют главным образом по вызываемому им тепловому эффекту поэтому основным элементом детектора для этого случая обычно служит чувствительная термопара или термосопротивление. В ячейках, которые широко используются для регистрации близкого инфракрасного излучения (длина волны от 0,8 до 3 мкм), чувствительным элементом является полупроводник (например, сульфид свинца, теллурид свинца или германий). При воздействии подобного облучения электроны в полупроводнике переходят в зону проводимости, и его электрическое сопротивление падает. Электрический ток, который протекает через полупроводник при наложении некоторого потенциала, является мерой интенсивности падающего излучения. [c.122]

    Примеси специально вводятся в кремний и германий для создания полупроводниковых свойств. То, что кремний и германий не являются проводниками электричества, может быть объяснено с помощью зонной теории металлов (см. стр. 237). Все валентные электроны в этих кристаллах находятся в полностью заполненной зоне, и между этой и следующей зоной (пустой) имеется энергетическая щель, которая не может быть преодолена обычным путем. При повышении температуры увеличивается число электронов, обладающих избытком энергии, достаточным для перехода через щель в следующую зону, и, поскольку эта зона почти полностью пустая, такие электроны могут двигаться при наложении электрического потенциала. Сопротивление полупроводника в отличие от металла убывает при повышении температуры. Полу-проводимость кремния и германия значительно возрастает при специальном введении примесных атомов из групп П1 или V. Эти атомы, вероятно, не занимают положения в [c.260]

    Полупроводниковые термосопротивления основаны на свойстве полупроводников уменьшать электрическое сопротивление при увеличении температуры. [c.30]

    Термометры сопротивления из полупроводников или термисторы отличаются тем, что электрическое сопротивление их уменьшается с повышением температуры. [c.165]

    Тепловые приемники. Принцип действия болометра основан на изменении электрического сопротивления полупроводника или металла при нагреве чувствительного элемента поглощенным тепловым излучением. Исторически болометры были одними из первых видов ИК детекторов, однако их применение в тепловизорах в течение длительного времени сдерживалось их значительной инерционностью. В конце ХХ-го века появились малоинерционные микроболометрические (ферроэлектрические) матрицы, на основе которых были созданы неохлаждаемые матричные тепловизоры, получившие в настоящее время большое распространение. [c.211]


    Карбин впервые был получен синтетически, но позднее обнаружен и в природе. Это черный мелкокристаллический порошок, относящийся к наиболее стабильной форме углерода. По электрическим свойствам карбин является полупроводником, его электрическое сопротивление при облучении светом резко уменьшается. Различают а-карбин и /3-карбин. Первая аллотропная модификация карбина представляет собой линейную полимерную цепь из ацетиленовых фрагментов (полиин)  [c.407]

    По электрическим свойствам материалы делятся на диэлектрики, полупроводники, проводники и сверхпроводники. Они отличаются друг от друга по величине удельного электрического сопротивления, характеру изменения его в зависимости от температуры и по механизму проводилюсти. [c.634]

    Полупроводники характеризуются удельным электрическим сопротивлением от 10 до 10 Ом-м. К полупроводникам относятся простые вещества, находящиеся при условиях, близких к нормальным, в твердом состоянии В, С, 81, Се, 8п, Р, Аз, 8Ь, 8, 8е, Те, I. Полупроводниками являются многие бинарные соединения оксиды (2пО, РеО), сульфиды (2п8, Стакже сложные соединения. Наиболее распространенные бинарные соединения полупроводников можно определить по простому правилу — это должны быть соединения по числу валентных электронов изоэлектронные бинарному соединению из атомов IV главной подгруппы. То есть это соединения элементов только четвертой, третьей и пятой, второй и шестой групп периодической системы. Ширина запрещенной зоны в полупроводниках изменяется от 0,08 эВ (у металла Зп) до 5,31 эВ (у неметалла С(алмаз))- [c.635]

    Однако реальные полупроводники всегда имеют примеси, которые существенно влияют на характер электрической проводимости, в этом случае называемой примесной. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорные примеси имеют на валентной электронной оболочке большее число электронов, чем их число на валентной электронной оболочке атома основного элемента полупроводника. Например, примеси атомов элементов V или VI главных подгрупп периодической системы в кристаллической решетке кремния (IV главная подгруппа) будут донорными. В зонной структуре полупроводника появляются дополнительные электроны проводимости. Если атом примеси содержит меньше валентных электронов, чем атом основного элемента, то полупроводник содержит в валентной зоне дополнительные свободные МО, на которые могут переходить валентные электроны. Такие примеси называются акцепторными, они приводят к появлению дополнительных дырок проводимости. По отношению к кремнию такими примесями будут элементы III главной подгруппы. Полупроводники с преобладающим содержанием донорных примесей называются полупроводниками с электронной проводимостью или п-типа. Если же преобладают примеси акцепторные, то полупроводники называются полупроводниками с дырочной проводимостью или р-типа. Для получения примесных полупроводников полупроводники, полученные специальными кристаллофизическими методами в сверхчистом состоянии, легируются элементами акцепторами или донорами электронов в микродозах, не превышающих 10 %. Примеси резко изменяют собственную электрическую проводимость полупроводников, поскольку количество носителей заряда, поставляемых ими обычно больше, чем их число в чистом полу-прово,цнике. Так, чистый кремний имеет удельное электрическое сопротивление электронной проводимости около 150-10 Ом-м, дырочной проводимости в.4 раза, электронной проводимости после легирования фосфором и дырочной проводимости после легирования бором — в 20 раз меньше. [c.636]

    Сульфид таллия, обладающий свойствами полупроводников, применяют в радиотехнике. Электрическое сопротивление в нем уменьшается с повышением интенсивности падающего света. В последнее время стали использовать весьма чувствительные сернистоталлиевые фотоэлементы (ФЭСТ). Полупроводниковый слой в них создается из смеси сульфида таллия с теллуром, наносимой путем возгонки в вакууме на железную пластинку. Сернисто-таллиевые фотоэлементы восприимчивы не только к видимым лучам, но и к невидимым инфракрасным лучам, источником которых является любой нагретый предмет. [c.189]

    Измерение больших импульсных мощностей в технике сверхвысоких частот — сложная проблема. Речь идет о сотнях тысяч и даже миллионах ватт. Обычные калориметрические измерения неудобны вся измеряемая мощность поглощается приборами. Это значит, что СВЧ генератор временно отключается от полезной нагрузки. Кроме того, калориметрические измерения в силу своей индукционности сообщают данные о средней, а не о импульсной мощности. Этих недостатков лишен вышеупомянутый прибор. Принцип его действия прост. В волноводе, по которому распространяется большая сверхвысокая мощность, создается сильное электрическое поле. Если в электрическом поле поместить полупроводник (германий, кремний или полупроводниковое соединение), то в результате безынерционного разогрева электронов сопротивление полупроводника изменится на вполне определенную величину. По ней можно точно судить о напряженности поля, а следовательно, и о СВЧ мощности. Прибор на горячих электронах в отличие от калориметрического позволяет производить замеры мощности при работе генератора на полезную нагрузку. [c.520]

    Фотопроводяш,ие детекторы — это твердые детекторы, известные как полупроводники, электрическое сопротивление которых при облучении (освещении) существенно уменьшается. [c.178]

    Электрические свойства углей определяются проводимостью ими электрического тока. Ископаемые угли могут быть отнесены к полупроводникам. Удельное электрическое сопротивление каменных углей и антрацитов, определенное для порошка, при комнатной температуре и атмосферном давлении составляет для углей средней стадии метаморфизма Ю —2 10 Ом см, для антрацитов 5.10 —2 ЮЮм см. На проводимость угля сушественное влияние оказывают температура, химический состав примесей, гифоскопич-носгь и другие факторы. Начиная со 100 С сопротивление угля резко падает. При 900 С сопротивление составляет 4—5 Ом см. [c.27]

    Электропроводность к – величина, обратная электрическому сопротивлению, – характеризует способность материала проводить электрический ток. Для ненаполненных полимеров, в том числе эластомеров, значения лг = // / с1Еэ (где I – сила тока, Еэ – напряженность приложенного электрического поля) весьма малы и близки к значениям к для диэлектриков [30]. Наряду со способностью к поляризации в электрическом поле это свидетельствует о принадлежности полимеров к классу диэлектриков, т.е. об отсутствии у них свободных электронов. В последние годы для создания полимерных изделий, обладающих высокой проводимостью и выполняющих роль полупроводников, нашли широкое применение материалы, способные длительно сохранять заряд на поверхности после электризации, так называемые электреты. [c.551]

    Термопреобразователи сопротивления. Принцип действия термопреобразователей сопротивления основан на изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников от температуры. Известно, что сопротивление проводника или полупроводника, по которому протекает электрический ток, изменяется в зависимости от температуры. При этом электрический ток также изменяет свое значение. При повышении температуры сопротивление в проводниках увеличивается, а в полупроводниках уменьшается. Это свойство и используется в термопреобразователях сопротивления. В проводниковых термопреобразователях сопротивления зависимость изменения сопротивления от температуры близка к линейной, в полупроводниковых эта зависимость нелинейна. [c.315]

    Элементы, располагающиеся в периодической таблице правее и ниже бора, находящегося в подгруппе 1ПБ, другими словами, невдалеке от линии,, проходящей через 3, ЗЬ, Те, дают простые вещества, обладающие как металлическим, так и неметаллическим характером. Их полиморфизм (разнообразие форм) иллюстрирует рис. 3.3. В качестве критерия метал-личиости или неметалличности могут быть.выбраны самые разнообразные свойства, однако наиболее однозначным показателем является легкость протекания электрического тока, или электропроводность. Помимо величины электрического сопротивления следует учитывать также и температурный коэффициент сопротивления. Кристаллы, которые проявляют нормальную металлическую проводимость (повышение сопротивления с увеличением температуры), на рисунке помечены буквой М (металлический характер). Кристаллы, у которых с повышением температуры электрическое сопротивление уменьшается, являются полупроводниками, и их можно рассматривать как особый случай изоляторов, в которых неметаллические свой- [c.100]

    Селен, теллур, полоний. Селен устойчив в виде аллотропном модификации серого цвета, расстояние Se—Se 2,37 А, валентный угол 103°, в целом структура представляет собой агрегат из компактно сложенных спиралеобразных цепей (рис. 3.2). Сточки зрения электрического сопротивления это вещество является полупроводником с ззмечательны.ми свойствами (разд. 7 настоящей главы). При облучении светом его электропроводность возрастает, поэтому селен используют в фотоэлементах и солнечных батареях. Помимо этой формы известна модификация, напоминающая ромбическую серу и имеющая в основе циклическую структуру Ses (расстояние Se—Se 2,34 А, валентный угол 105°), существующую в двух аллотропных разновидностях а- и 3-формы. Обе они красного цвета, относятся к моноклинной сингонии и во всех отношениях проявляют свойства неметаллов, причем, будучи нагреты до 75 °С, превращаются в стабильную форму. Пары селена парамагнитны и состоят из молекул Se2 и Se. [c.107]

    Тензорезистивный эффект (тен-зоэффект) Свойство проводников и полупроводников изменять электрическое сопротивление при объемном или линейном деформировании [c.556]

    Ряд авторов [23, 24, 51, 53] при измерении разницы в температурах кипения раствора И растворителя в качестве термочувствительного элемента используют термистры (полупроводники), так как при работе они ие дают побочных электрических эффектов, имеющих место, когда применяются термопары. Кроме того, при незначительном изменении температуры очень резко изменяется сопротивление полупроводников. Чувствительность приборов, в которых в качестве термоизмерительного устройства служат термистры, также высока. Так, чувствительность прибора, применяемого Лерне и Майори [24, 53], [c.227]

    Поскольку полупроводники других химических типов являются типичными катализаторами окислительно-восстаповительпого типа, мы опробовали Ое как катализатор модельных реакций этого типа. В опытах использовался порошок Ое, полученный дроблением монокристалличе-ских образцов с удельным электрическим сопротивлением 5—10 ом-см (в ряде опытов использовалась пленка Ое, полученная напылением в вакууме или пиролизом ОеН4). Исследование каталитических свойств проводилось в статических условиях в кварцевом реакторе, соединенном с вакуумной системой. [c.103]

    Карбид кремния не разлагается под действием кислот, за исключением фосфорной и смеси азотной и плавиковой, но легко разлагается под действием расплавленных щелочей, железа, меди. Сера и водяной пар разлагают карбид кремния при температурах свыше 1000° С. На воздухе медленное окисление начинается с 870° С при повышении температуры скорость окисления возрастает. По электрическим свойствам карбид кремния относится к полупроводникам. Удельное электрическое сопротивление внутри кристаллов 51С лежит в пределах от 1 до до 10 ом-см, суммарное удельное сопротивление кристаллов, с учетом сопротивления поверхностного слоя имеет нелинейный характер при больших плотностях тока (около 10 а/см ) суммарное удельное сопротивление составляет около 10 ом-см, при малых плотностях тока (порядка 10 а1см ) оно возрастает до 10 ом-см и более. [c.154]

    Полупроводники. Твердые тела, которые по величине электрического сопротивления при комнатной температуре расположены между проводниками и изоляторами. При тепловом возбуждении полупроводников выше определенной температуры концентрация носителей электрического заряда увеличивается с повышением температуры. Чистые полупроводники, которые не содержат примесей, называются собственными полупроводниками полупроводники, электрические свойства которых зависят от примесей, называются несобственными. Несобственные полупроводники, имеюш,ие избыток носителей с отрицательными зарядами (электроны), называются иолуприводника.ми /мина иолуироводники, имеюш,ие избыток носителей положительного заряда (дырки), называются полупроводниками р-типа. [c.95]


Физика – 11

ИССЛЕДОВАНИЕ1

Выясните различия веществ по их электропроводности.

Задача 1.Перенесите таблицу в рабочие листки и, описав свойства веществ по их электропроводности, завершите её.
ВеществоОбразецНосители зарядаУдельное сопротивление при нагревании:
Металлы
Растворы электролитов
Полупроводники
Диэлектрики

Обсуждение результата:

  • Каких носителей зарядов будет больше в чистом полупроводнике без примесей при увеличении его температуры? Почему?
  • Какие изменения происходят в электропроводности полупроводника при добавлении примеси?

Полупроводники. Собственная проводимость полупроводников. Полупроводниками являются вещества, удельное сопротивление которых при комнатной температуре находится в широком диапазоне: 10-3÷ 107Oм • м. Это больше удельного сопротивления металлов (10-8÷ 10-6Oм • м) и меньше удельного сопротивления диэлектриков (1010÷ 1016Oм • м). При температуре, близкой к абсолютному нулю, удельное сопротивление полупроводника очень велико, с ростом температуры оно уменьшается (a). Причина этого заключается в физико-химических свойствах полупроводников. Рассмотрим их.

Полупроводники составляют компактную группу в периодической системе химических элементов (в основном элементы IV ÷ VI групп). Наиболее широко используемыми в науке и технике полупроводниками являются германий и кремний. Эти элементы обладают 4-мя

валентными электронами. Поэтому в кристалле каждый атом образует 4 ковалентные связи с соседними атомами. Электронные оболочки ближайших атомов, перекрывая друг друга, образуют парно-электронную связь (b).

В полупроводниковом кристалле такие связи достаточно прочны и при низких температурах, можно сказать, свободные электроны в полупроводниках не образуются. Это значит, что при низких температурах удельное сопротивление полупроводников огромно и они не проводят электрический ток. Когда полупроводниковый кристалл подвергается таким внешним воздействиям, как нагревание, облучение или др., кинетическая энергия валентных электронов может достигнуть значений, при которых они, разрывая связь, покидают атом – становятся свободными. В результате в месте разрыва химической связи (кристаллической решетки полупроводника) нарушается электрическая нейтральность – в месте, которое покинул электрон, образуется избыток положительного электрического заряда. Оставленное электроном пустым вакантное место в химической связи называется дыркой. Дырка ведет себя как положительный заряд, равный по модулю заряду электрона.

Освобожденное электроном вакантное место занимает валентный электрон соседнего атома, восстанавливая нейтральность этого места.

Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость

Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость

Подробности
Просмотров: 770

«Физика – 10 класс»

Какую физическую величину называют сопротивлением
От чего и как зависит сопротивление металлического проводника?

Различные вещества имеют разные удельные сопротивления. Зависит ли сопротивление от состояния проводника? от его температуры? Ответ должен дать опыт.

Если пропустить ток от аккумулятора через стальную спираль, а затем начать нагревать её в пламени горелки, то амперметр покажет уменьшение силы тока. Это означает, что с изменением температуры сопротивление проводника меняется.

Если при температуре, равной 0 °С, сопротивление проводника равно R0, а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления, как показывает опыт, прямо пропорционально изменению температуры t:

Коэффициент пропорциональности α называют температурным коэффициентом сопротивления.

Температурный коэффициент сопротивления — величина, равная отношению относительного изменения сопротивления проводника к изменению его температуры.

Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры.

Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 К (на 1 °С).

Для всех металлических проводников коэффициент α > 0 и незначительно меняется с изменением температуры. Если интервал изменения температуры невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур. У чистых металлов


У растворов электролитов сопротивление с ростом температуры не увеличивается, а уменьшается. Для них α < 0. Например, для 10%-ного раствора поваренной соли α = -0,02 К-1.

При нагревании проводника его геометрические размеры меняются незначительно. Сопротивление проводника меняется в основном за счёт изменения его удельного сопротивления. Можно найти зависимость этого удельного сопротивления от температуры, если в формулу (16.1) подставить значения Вычисления приводят к следующему результату:

ρ = ρ0(1 + αt), или ρ = ρ0(1 + αΔТ),         (16.2)

где ΔТ — изменение абсолютной температуры.

Так как а мало меняется при изменении температуры проводника, то можно считать, что удельное сопротивление проводника линейно зависит от температуры (рис. 16.2).

Увеличение сопротивления можно объяснить тем, что при повышении температуры увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решётки, поэтому свободные электроны сталкиваются с ними чаще, теряя при этом направленность движения. Хотя коэффициент а довольно мал, учёт зависимости сопротивления от температуры при расчёте параметров нагревательных приборов совершенно необходим. Так, сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания увеличивается при прохождении по ней тока за счёт нагревания более чем в 10 раз.

У некоторых сплавов, например у сплава меди с никелем (Константин), температурный коэффициент сопротивления очень мал: α ≈ 10-5 К-1; удельное сопротивление Константина велико: ρ ≈ 10-6 Ом • м. Такие сплавы используют для изготовления эталонных резисторов и добавочных резисторов к измерительным приборам, т. е. в тех случаях, когда требуется, чтобы сопротивление заметно не менялось при колебаниях температуры.

Существуют и такие металлы, например никель, олово, платина и др., температурный коэффициент которых существенно больше: α ≈ 10-3 К-1. Зависимость их сопротивления от температуры можно использовать для измерения самой температуры, что и осуществляется в термометрах сопротивления.

На зависимости сопротивления от температуры основаны и приборы, изготовленные из полупроводниковых материалов, — термисторы. Для них характерны большой температурный коэффициент сопротивления (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), стабильность характеристик во времени. Номинальное сопротивление термисторов значительно выше, чем у металлических термометров сопротивления, оно обычно составляет 1, 2, 5, 10, 15 и 30 кОм.

Обычно в качестве основного рабочего элемента термометра сопротивления берут платиновую проволоку, зависимость сопротивления которой от температуры хорошо известна. Об изменениях температуры судят по изменению сопротивления проволоки, которое можно измерить.Такие термометры позволяют измерять очень низкие и очень высокие температуры, когда обычные жидкостные термометры непригодны.

Сверхпроводимость.

Сопротивление металлов уменьшается с уменьшением температуры. Что произойдёт при стремлении температуры к абсолютному нулю?

В 1911 г. голландский физик X. Камерлинг-Оннес открыл замечательное явление — сверхпроводимость. Он обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,1 К очень резко падает до нуля (рис. 16.3).

Явление падения до нуля сопротивления проводника при критической температуре называется сверхпроводимостью.

Открытие Камерлинг-Оннеса, за которое в 1913 г. ему была присуждена Нобелевская премия, повлекло за собой исследования свойств веществ при низких температурах. Позже было открыто много других сверхпроводников.

Сверхпроводимость многих металлов и сплавов наблюдается при очень низких температурах — начиная примерно с 25 К. В справочных таблицах приводятся температуры перехода в сверхпроводящее состояние некоторых веществ.

Температура, при которой вещество переходит в сверхпроводящее состояние, называется критической температурой.

Критическая температура зависит не только от химического состава вещества, но и от структуры самого кристалла. Например, серое олово имеет структуру алмаза с кубической кристаллической решёткой и является полупроводником, а белое олово обладает тетрагональной элементарной ячейкой и является серебристо-белым, мягким, пластичным металлом, способным при температуре, равной 3,72 К, переходить в сверхпроводящее состояние.

У веществ в сверхпроводящем состоянии были отмечены резкие аномалии магнитных, тепловых и ряда других свойств, так что правильнее говорить не о сверхпроводящем состоянии, а об особом, наблюдаемом при низких температурах состоянии вещества.

Если в кольцевом проводнике, находящемся в сверхпроводящем состоянии, создать ток, а затем удалить источник тока, то сила этого тока не меняется сколь угодно долго. В обычном же (несверхпроводящем) проводнике электрический ток в этом случае прекращается.

Сверхпроводники находят широкое применение. Так, сооружают мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой, которые создают магнитное поле на протяжении длительных интервалов времени без затрат энергии. Ведь выделения тепла в сверхпроводящей обмотке не происходит.

Однако получить сколь угодно сильное магнитное поле с помощью сверхпроводящего магнита нельзя. Очень сильное магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние. Такое поле может быть создано и током в самом сверхпроводнике. Поэтому для каждого проводника в сверхпроводящем состоянии существует критическое значение силы тока, превысить которое, не нарушая сверхпроводящего состояния, нельзя.

Сверхпроводящие магниты используются в ускорителях элементарных частиц, магнитогидродинамических генераторах, преобразующих механическую энергию струи раскалённого ионизованного газа, движущегося в магнитном поле, в электрическую энергию.

Объяснение сверхпроводимости возможно только на основе квантовой теории. Оно было дано лишь в 1957 г. американскими учёными Дж. Бардиным, Л. Купером, Дж. Шриффером и советским учёным, академиком Н. Н. Боголюбовым.

В 1986 г. была открыта высокотемпературная сверхпроводимость. Получены сложные оксидные соединения лантана, бария и других элементов (керамики) с температурой перехода в сверхпроводящее состояние около 100 К. Это выше температуры кипения жидкого азота при атмосферном давлении (77 К).

Высокотемпературная сверхпроводимость в недалёком будущем приведёт наверняка к новой технической революции во всей электротехнике, радиотехнике, конструировании ЭВМ. Сейчас прогресс в этой области тормозится необходимостью охлаждения проводников до температур кипения дорогого газа — гелия.

Физический механизм сверхпроводимости довольно сложен. Очень упрощённо его можно объяснить так: электроны объединяются в правильную шеренгу и движутся, не сталкиваясь с кристаллической решёткой, состоящей из ионов. Это движение существенно отличается от обычного теплового движения, при котором свободный электрон движется хаотично.

Надо надеяться, что удастся создать сверхпроводники и при комнатной температуре. Генераторы и электродвигатели станут исключительно компактными (уменьшатся в несколько раз) и экономичными. Электроэнергию можно будет передавать на любые расстояния без потерь и аккумулировать в простых устройствах.

Источник: «Физика – 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский



Электрический ток в различных средах – Физика, учебник для 10 класса – Класс!ная физика

Электрическая проводимость различных веществ. Электронная проводимость металлов — Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость — Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости — Электрический ток через контакт полупроводников с разным типом проводимости. Транзисторы — Электрический ток в вакууме. Электронно-лучевая трубка — Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза — Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный разряды — Плазма — Примеры решения задач по теме «Электрический ток в различных средах»

Горячий и холодный

Горячий и холодный

Горячий и холодный

Температура и сопротивление электронных материалов

Цель: цель этой лаборатории – показать, как температура влияет на проводимость (сопротивление) в различных электрических материалах и устройств.

Обзор научных принципов:

Тепло: когда тепло применяется к кристаллическому твердому телу, мы говорим становится горячее »; это означает повышение температуры.На атомном уровне кинетическая энергия количество атомов увеличилось, что означает, что атомы движутся быстрее. Однако в кристаллическое твердое тело, атомное движение ограничено вибрацией вокруг конюшни позиции решетки. С повышением температуры атомы колеблются. в большей амплитуды и отдаляются от своей устойчивой решетки позиции. Этот движение отрицательно влияет на способность материала к провести электрический ток, в результате чего он имеет большую электрическую сопротивление.

Металлы: в металле валентные электроны считаются разделяется всеми положительными ионами. Следовательно, электроны могут свободно перемещаться. двигаться повсюду кристаллическая решетка. Электроны движутся беспорядочно кристалл до тех пор, пока к материалу не будет приложено электрическое поле. Тогда электрическое поле заставляет электроны двигаться в направлении, противоположном полю. На самом деле, электроны по-прежнему движутся несколько беспорядочно, но с наложением «дрифт».Это производит ток. При повышении температуры положительный ионы в кристалл вибрирует больше, и больше столкновений происходит между валентными электроны и колеблющиеся ионы. Эти столкновения препятствуют «дрейфующему» движению. принадлежащий валентные электроны, тем самым уменьшая ток. Таким образом, для металл, повышение температуры вызывает повышение сопротивления.

Полупроводники: в полупроводнике при 0 К валентность электроны в заполненных энергетических уровнях (связи образуются электронными парами, заполняющими энергия уровней).Они не реагируют на приложенное электрическое поле к производить ток поток. В присутствии электрического поля движение электрона имеет вид еще случайный; нет чистого движения в одном направлении (ток не течет). Эти заполненные уровни энергии, которые занимают валентные электроны, образуют валентные группа. В для протекания тока электроны должны перемещаться из заполненного валентная зона пустая зона проводимости. Чтобы сделать этот ход, требуется энергия, которая может быть в форма тепла.(Важно: электроны не движутся из “место” в кристалл назвал валентную полосу в другое “место”, названное зона проводимости. Электроны обладают энергией, связанной с валентной зоной, и приобретать достаточно энергии, чтобы иметь энергию, связанную с проводимостью группа. Энергия происходит изменение, а не изменение положения.) При комнатной температуре многие электроны будет иметь энергию, необходимую для перехода в зону проводимости. Как один электрон выходит из валентной зоны в зону проводимости, дыра (вакансия) производится в валентной зоне.Оба электрона в проводимости группа и соответствующие дырки в валентной зоне считаются заряженными перевозчики. Когда к материалу приложено электрическое поле, эти электроны и дыры «дрифт». Электроны в зоне проводимости дрейфуют в направление противоположное к приложенному полю, и отверстия дрейфуют в том же направлении, что и прикладной поле. Таким образом производится ток. Поскольку температура материал увеличивается, большее количество валентных электронов приобретает энергию, достаточную для движения к зона проводимости (создающая дыры), поэтому течет больше тока.это все еще верно что с повышением температуры атомы вибрируют сильнее и вызвать больше столкновения с дрейфующими электронами. Однако эта противоположная эффект незначительно по сравнению с увеличением носителей заряда.

Заявки:

Различные типы материалов по-разному реагируют на температуру изменения. А компьютерный инженер, проектирующий схему, должен уметь предсказать, в проводимость каждого материала в устройстве будет в пределах приемлемый диапазон в ожидаемом температурном диапазоне работы устройства.

Время: один час

Материалы и принадлежности:

источник тепла для кипящей воды (предпочтительно плита)

5 стаканов для водных бань

термометр

дроссельные катушки или катушки сопротивления

германиевые диоды

термисторы

светодиоды (светодиоды)

резисторы угольные

стеклянный стержень (5 см)

2 цифровых мультиметра или вольтметр и миллиамперметр

соединители проводные с зажимами типа крокодил

источник питания (от 0 до 12 В постоянного тока)

Общие правила техники безопасности:

* Источник тепла может вызвать ожоги.Соблюдайте осторожность.

* Остерегайтесь поражения электрическим током.

* Осторожно обращайтесь с приборами и образцами.

* Носите защитные очки.

Процедура:

1. Установите пять водяных бань с примерно 100-200 мл воды в мензурки на следующие

температуры: кипения, 75 C, 50 C, 25 C и лед воды.

2. Измерьте температуру каждой ванны термометром. термистор, или

термопара.

3. Для измерения сопротивления устройства (дроссель или сопротивление катушка) настроить

мультиметр для считывания значений сопротивления и подключение, как показано ниже. диаграмма.

4. Осторожно держитесь за выводные провода, чтобы не пережечь пальцы, погрузить

катиться в кипящую водяную баню, пока не установится стабильное значение. получил (для около одного

минуту) и запишите сопротивление в таблице данных.

5. Выполните ту же процедуру для 75, 50, 25 и лед воды.

6. Снимите катушку и присоедините к счетчику другое устройство, следуя тому же

порядок измерения сопротивления.

Данные и анализ:

4 9011 9011
 
9011 9011
  
901 901 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 Для каждого устройства нарисуйте график зависимости температуры (ось x) отсопротивление (ось Y).

Вопросы:

1. Какие образцы имели изменение сопротивления в зависимости от температуры? повысился? Какие

направление было это изменение?

2. Что случилось с сопротивлением при повышении их температуры? из

проводники, полупроводники? Кажется, изменение линейный?

3. Соответствует ли какой-либо из примеров общим рекомендациям? объяснено в

введение в лабораторию? Объяснять.

4. Опишите движение атомов или ионов в кристаллическом твердом теле. как температура

увеличивается.

5. Что заставляет электроны «дрейфовать»?

6. Опишите движение электронов при протекании тока.

7. Объясните, как повысить температуру полупроводника. уменьшает

сопротивление.

8. Объясните, как повышение температуры металла увеличивает его сопротивление.

Добавочный номер:

Для термистора, график 1 / T (K -1 ) по оси абсцисс и ln R (натуральный логарифм значения сопротивления в омах). Этот график представляет собой прямую линию. Уравнение этой строки:

ln R = (E зазор / 2k) x 1 / T + ln R o

где:

k = 8,62 x 10 -5 эВ / К (Больцмана постоянная)

E gap = энергия запрещенной зоны (разница в энергии между проводимость и валентные зоны) в электрон-вольтах.

Определите наклон линии по графику. (E зазор / 2k) = наклон, от уравнение. Решите это уравнение для E зазора .

Заметки учителя:

* Время подготовки учителя составляет около 30 минут.

* Катушки сопротивления могут использоваться вместо дроссельной катушки. (Короткий кусочки провода не показывают достаточного сопротивления.)

* Можно попробовать другие виды проволоки, кроме меди.

* Выводы разъемов к устройствам могут быть расширены путем пайки. вкратце длины проволоки.

* Углеродное устройство должно потерять лишь небольшой процент своего помещения. температура сопротивление, но полупроводниковые приборы должны заметно подорожать при низкий температура.

* В качестве примера непроводника можно указать длину стеклянного стержня. проверено.

* Используйте термопару типа K для более низких температур в сочетании с некоторыми цифровые мультиметры.

* Термисторные зонды поставляются компанией Vernier.

* Учитель должен продемонстрировать правильное подключение счетчиков и устройств.

* Результаты диодов работают лучше всего, если температура измеряется кипящая вода и ледяная вода.

* Для активности расширения, используя образцы данных, значение E зазор = 0,6 эВ.

Ответы на вопросы:

1. Все устройства меняли свое сопротивление при изменении температуры. измененный.

сопротивление дроссельной катушки (медной проволоки) увеличено как температура

повысился. Сопротивление диода и термистора (которые сделаны из

полупроводниковый материал) уменьшалась по мере того, как температура повысился.

2. Сопротивление проводника линейно увеличивалось. В сопротивление

полупроводник уменьшился, но не линейно.

3.Ответы учащихся будут разными. Устройства реагируют как теоретически предсказано.

4. При повышении температуры атомы или ионы колеблются с больше амплитуда

вокруг их стабильных положений решетки.

5. При приложении электрического поля электроны вынуждены дрейф.

6. Электроны движутся беспорядочно и в противоположном направлении. Направление

приложенное электрическое поле.

7. С повышением температуры больше электронов имеют энергию необходимо переехать на номер

зона проводимости (больше носителей заряда означает больше Текущий).

8. Большая амплитуда колебаний ионов в решетке вызывает более столкновения с

валентные электроны, что уменьшает дрейф скорость.

СОСТОЯНИЕ ТЕМП. C ДРОССЕЛЬНАЯ КАТУШКА ГЕРМАНИЯ
ДИОД
ТЕРМИСТОР
 
R R R R
Кипящая вода 100
 
 
 
 
 
Горячая вода 75
 
 
 901 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 901 
 
 
Теплая вода 50
 
 
 
 
 
 
Комнатная температура 25
 
 
 
 
 
0
 
 
 
 
 
 
 
 
Образцы данных и анализ:
 
 
 
 
 
 
Состояние Температура C Дроссель
Катушка
Германий
Диод
Термистор
 
R R k R k 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 Кипящая вода100 97 44 98 0.29 98 1.0
 
 
Горячая вода 75 77 41 70 0,63 76 1,7
 
 
 
 
 
 
Теплая вода 50 51 37 44 1,2 42 5,2
 
 
Темп. 22 1.7 21 11
 
 
Ледяная вода 0 3,5 31 2,8 2,4 3 27

Следующая лаборатория
Полупроводники Содержание
MAST Домашняя страница

Тепловое и световое воздействие на полупроводники

Полупроводник - это материал, который имеет электрическую проводимость между проводника и изолятора.В полупроводниках небольшая запрещенная зона присутствует между валентной зоной и зона проводимости. Запрещенная щель - это энергетическая щель. присутствует между валентной зоной и зоной проводимости в в которых не допускаются уровни энергии электронов. Следовательно, электроны не остаются и не существуют в запрещенной зоне.

валентные электроны или электроны валентной зоны в полупроводнику требуется небольшое количество внешней энергии в форма тепла, чтобы перейти от валентной зоны к зона проводимости.Однако при абсолютной нулевой температуре нагрев не существует для передачи своей энергии к валентным электронам. Следовательно, валентные электроны не получают достаточно энергии в виде тепла, чтобы сломаться связь с родительскими атомами.

при абсолютном нулевая температура, все валентные электроны вращаются вокруг ядра атома. Следовательно, нет свободных электронов присутствует в зоне проводимости, чтобы проводить электрический ток из одного места в другое.Следовательно полупроводник ведет себя как идеальный изолятор при абсолютном нулевая температура.

Когда температура повышается выше абсолютного нуля температура, некоторые электроны валентной зоны или валентные электроны получают достаточно энергии в виде тепла, чтобы разрушить связь с родительским атомом, и они прыгают в зона проводимости.Электроны, присутствующие в зоне проводимости не прикреплены к родительскому атому. Следовательно, они свободно перемещаются из одного места в другое. Эти зоны проводимости электроны называются свободными электронами.

Когда электрон покидает валентную зону и прыгает в в зоне проводимости создается вакансия на позиции электрона. в валентной зоне.Эта вакансия называется дырой. Таким образом, как свободные электроны в проводимости, так и дырки в валентная зона генерируется одновременно. Свобода электроны переносят отрицательный заряд или электрический ток от одно место в другое место в зоне проводимости, тогда как дырки (вакансии) несут положительный заряд или электрический ток из одного места в другое место в валентности группа.

Если температура или тепловая энергия, приложенная к полупроводнику, равна еще больше увеличилось, затем еще больше количество валентных электронов получает достаточно энергии, чтобы разорвать связь с родителем атом, и они прыгают в зону проводимости. Это приводит к увеличение количества свободных электронов в зоне проводимости. Если большее количество электронов покидает валентную зону и прыгает в зону проводимости, затем больше дырок (вакансии) создаются в валентной зоне на электронах позиция.Таким образом, небольшое увеличение тепла производит больше количество носителей заряда (электронов и дырок).

В в случае проводов повышение температуры увеличивается колебание атомов. Эти колеблющиеся атомы противостоят поток электронов. Это приводит к уменьшению протекания тока. в дирижере. Уменьшение потока электронов или текущий поток означает увеличение сопротивления.Таким образом электрический ток в проводнике уменьшается с увеличением повышение температуры.

Просто подобно проводникам, повышение температуры увеличивает колебания атомов в полупроводнике. Однако колеблющиеся атомы в полупроводнике противостоят только несколько электронов и оставшееся большое количество электроны свободно перемещаются из одного места в другое.Этот приводит к увеличению тока в полупроводнике. В увеличение тока означает уменьшение сопротивления. Таким образом, электрический ток в полупроводнике увеличивается. с повышением температуры или тепла (Полупроводник имеет отрицательный температурный коэффициент).

Свет влияние на полупроводники

световой эффект на полупроводник точно такой же, как тепловое воздействие на полупроводник.Когда небольшое количество внешняя энергия в виде света приложена к полупроводник, валентные электроны получают достаточно энергии, чтобы разорвать связь с родительским атомом, и они прыгнут в зона проводимости.

электроны в зоне проводимости не прикрепляются к родительский атом. Следовательно, они свободно перемещаются с одного места на другое. другое место.Электроны, которые свободно перемещаются из одного места в другое место в зоне проводимости называются свободными электроны. Когда электрон покидает валентную зону и перескакивает в зону проводимости, создается вакансия на положение электрона. Эта вакансия называется дырой. Таким образом, в полупроводники как свободные электроны, так и дырки генерируется как пара одновременно.

Если световая энергия, приложенная к полупроводнику, дополнительно увеличивается, тогда еще большее количество свободных электронов сгенерировано. Это увеличение количества свободных электронов увеличивает ток и уменьшает сопротивление в полупроводник. Таким образом, электрический ток в полупроводник увеличивается с увеличением света энергия.

Удельное сопротивление Температурная зависимость: определение, единица измерения, температура

Температурная зависимость удельного сопротивления

Удельное сопротивление материалов зависит от температуры. ρt = ρ0 [1 + α (T - T0) - это уравнение, которое показывает связь между температурой и удельным сопротивлением для любого материала. В этом уравнении ρ0 - удельное сопротивление материала при определенной температуре, ρt - удельное сопротивление материала при t o ° C, T0 - эталонная температура или температура, при которой будут проводиться измерения, а α - температурный коэффициент удельного сопротивления.

Удельное сопротивление косвенно пропорционально температуре. С повышением температуры материалов удельное сопротивление будет уменьшаться. Но это не всегда верно для всех материалов, т.е. не все материалы имеют одинаковые изменения температуры.

Удельные сопротивления металлических проводников находятся в ограниченном диапазоне температур, который определяется следующим уравнением

ρT = ρ0 [1 + a (T – T0)]

Здесь

ρT = удельное сопротивление при температуре T

ρ0 = удельное сопротивление при эталонной температуре T0

a = температурный коэффициент удельного сопротивления материала, значение a равно (Температура) -1

В соответствии с приведенным выше уравнением график зависимости ρT от Т будет прямой линией, что означает, что удельное сопротивление металлического проводника увеличивается с повышением температуры.У разных материалов разные температурные колебания. Например, такие материалы, как нихром, хром и константан, очень мало изменяют свое удельное сопротивление с температурой. Следовательно, они используются в резисторах с проволочной обмоткой. С другой стороны, полупроводники показывают обратную зависимость от температуры. Удельное сопротивление полупроводников уменьшается с повышением температуры.

В терминах «n»

Мы знаем удельное сопротивление, ρ определяется как

ρ = 1 / σ = m / ne 2 ζ

Здесь n - номер.свободных электронов в материале, а ζ - это среднее время между столкновениями, которое обратно пропорционально ρ.

In «n» в металле не изменяется с температурой. Однако с повышением температуры будет увеличиваться количество столкновений электронов. Это уменьшает ζ, что означает, что с повышением температуры ρ увеличивается. Однако в изоляторах и полупроводниках «n» увеличивается с повышением температуры. Таким образом, с повышением температуры «ρ» уменьшается.

Изменение удельного сопротивления

Удельное сопротивление ρ материала зависит от молекулярной и атомной структуры и зависит от температуры. У многих хороших проводников удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры.

Изменение удельного сопротивления в проводниках

В проводниках валентные электроны слабо связаны с ядром. Металлы или проводники имеют относительно низкую энергию ионизации, поэтому металлы очень легко теряют электроны. Когда электрический ток подается на металл, делокализованные электроны свободно перемещаются внутри соединения.

Когда мы увеличиваем температуру, движение ионов металлов в структуре материала также увеличивается. Ведь металл начинает вибрировать с большей амплитудой. Эти движения, в свою очередь, вызывают несколько столкновений между свободными электронами и другими электронами. Каждое столкновение вызывает потерю некоторой энергии свободных электронов и лишает их свободного движения. Он ограничивает движение свободных электронов. Когда происходит столкновение, средняя скорость электронов уменьшается.Следовательно, удельное сопротивление металла увеличивается, и, следовательно, ток, протекающий в металле, уменьшается. Удельное сопротивление увеличивается, следовательно, проводимость материала уменьшается.

Изменение удельного сопротивления в полупроводниках

Кремний является примером полупроводников. В полупроводниках ширина запрещенной зоны между зоной проводимости и валентной зоной меньше, чем в чистом проводнике. При температуре 0К валентная зона заполнена, а зона проводимости может оставаться пустой или частично заполненной.

Рис: температура (T) изменчивость с удельным сопротивлением (ρ) представлен полупроводник

При подаче небольшого количества энергии электроны легко перемещаются в зона проводимости, которая увеличивает проводимость полупроводника. Кремний - это пример полупроводников. В нормальных условиях кремний действует как плохой проводник. Атом кремния связан с 4 другими атомами кремния в структуре решетки кремния.

Изменение удельного сопротивления в изоляторах

В изоляторах энергетическая щель между зоной проводимости и валентной зоной очень велика. В изоляторах валентная зона частично заполнена электронами. Запрещенный промежуток между двумя зонами будет более 3 эВ, что требует энергии для перемещения электронов в зоны проводимости. Стекло, пластик и алмаз - примеры изолятора.

Что следует помнить

Когда мы говорим об удельном сопротивлении, оно зависит также от других факторов.Факторы, влияющие на удельное сопротивление электрических материалов:

  • Температура.
  • Легирование.
  • Механическое напряжение.
  • Возрастная закалка.
  • Холодная обработка.

Помните: при определении химических и физических характеристик каждого материала удельное сопротивление играет полезную роль при сравнении различных материалов на основе их способности проводить электрические токи. Высокое сопротивление означает плохие проводники. Следовательно, люди могут соответственно отдавать предпочтение материалам.

Примеры вопросов

Вопросов. Как вы объясните температурную зависимость удельного сопротивления полупроводника? (2 балла)

Отв. Для всех полупроводников удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. С повышением температуры больше электронов отделяется от своих атомов. Полупроводник с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления называется термистором.

Вопрос. Зависит ли удельное сопротивление металла от температуры? (2 балла)

Отв. Удельное сопротивление обратно пропорционально температуре. Кроме того, при повышении температуры материалов их удельное сопротивление будет уменьшаться.

Вопрос. Меняется ли удельное сопротивление полупроводников с температурой? (2 балла)

Отв. По мере повышения температуры большее количество электронов будет получать энергию для перехода из зоны проводимости в валентную зону и, следовательно, увеличивает проводимость полупроводника. Таким образом, с повышением температуры удельное сопротивление полупроводников уменьшается.

Вопрос. Почему удельное сопротивление уменьшается с температурой? (2 балла)

Отв. При повышении температуры зазор между зонами становится очень меньше, и электроны перемещаются из валентной зоны в зону проводимости. Таким образом, когда температура в полупроводнике увеличивается, плотность заряженных электронов также увеличивается, а удельное сопротивление уменьшается.

Вопрос. Как температура влияет на полупроводники? (2 балла)

Отв. При повышении температуры ковалентные связи между соединениями разрушаются из-за тепловой энергии, подводимой к полупроводникам. Таким образом становятся свободными электроны, которые участвуют в образовании связей. Следовательно, высокотемпературный полупроводник больше не ведет себя как изолятор.

Вопрос. Как изменить удельное сопротивление? (2 балла)

Отв. Удельное сопротивление материалов зависит от атомной структуры материала. Таким образом, мы можем изменить удельное сопротивление вещества, изменив температуру.Мы также знаем, что валентные электроны слабо удерживаются в ядре.

Вопрос. Два провода одинаковой длины, один из меди, а другой из манганина, имеют одинаковое сопротивление. Какой провод толще? (2 балла)

Отв. Поскольку R = pl / A, следовательно, A = pl / R

Для обоих проводов R и l одинаковы, и ρ медь

∴ Медь <манганин

Таким образом, мы можем сказать, что манганиновая проволока толще, чем медная проволока.

Вопрос. Провод с сопротивлением 20 Ом постепенно растягивается до удвоения исходной длины. Затем его разрезают на две равные части. Затем эти части подключаются параллельно через 4,0-вольтовую батарею. Найдите ток, потребляемый от батареи. (3 балла)

Отв. Когда мы растягиваем провод, его сопротивление увеличивается в четыре раза, то есть 80 Ом, поскольку объем постоянный, и R α l 2

Таким образом, две равные части будут иметь сопротивление 40 Ом каждая.

При параллельном подключении эквивалентное сопротивление будет 20 Ом

Следовательно, потребляемый ток будет равен = V / R eq

Таким образом, он будет равен = 4/20 = 0,2A.

Вопрос. В чем разница между удельным сопротивлением и сопротивлением? (4 балла)

Отв. Разница между удельным сопротивлением и сопротивлением составляет:

0

Параметр

Сопротивление

Сопротивление

90 Сопротивление материала ток

Сопротивление материала, имеющего определенные размеры

Символ

R

P

SI Unit

Ohms

Ohms

Ohms метр

Формула

R = V / I или,

R = ρ (L / A)

V = напряжение, I = ток, ρ = удельное сопротивление

ρ = (R × A) / L

R = сопротивление, L = длина, A = поперечное сечение ar ea

Зависимость

Температура, длина, площадь поперечного сечения проводника

Температура

Применения

Датчики сопротивления, такие как предохранители, полезны в элементах. и т. д.

Удельное сопротивление эффективно в качестве теста контроля качества

Ques. Какое влияние оказывает температура на проводники? (2 балла)

Отв. Если температура металлического проводника, подключенного к цепи, увеличивается, его сопротивление также увеличивается.

Таким образом, факторы, от которых зависит сопротивление проводника, следующие:

  1. его длина,
  2. его площадь поперечного сечения,
  3. природа его материала и
  4. его температура.

Почему сопротивление полупроводника уменьшается с увеличением температуры? - Restaurantnorman.com

Почему сопротивление полупроводника уменьшается с повышением температуры?

Повышение температуры собственных полупроводников обеспечивает большую тепловую энергию для поглощения электронами и, таким образом, увеличивает количество электронов проводимости. Вуаля - уменьшилось сопротивление.

Что происходит с сопротивлением полупроводника при повышении температуры?

Удельное сопротивление полупроводника уменьшается с температурой. Это происходит из-за повышения температуры, электроны в валентной зоне получают достаточную тепловую энергию, чтобы перейти в зону проводимости.По мере увеличения количества электронов в зоне проводимости увеличивается проводимость и уменьшается удельное сопротивление.

Почему сопротивление уменьшается при повышении температуры?

Чем больше эти атомы и молекулы подпрыгивают, тем труднее электронам проходить. Таким образом, сопротивление обычно увеличивается с температурой. В некоторых материалах (например, кремнии) температурный коэффициент удельного сопротивления отрицательный, что означает, что сопротивление уменьшается с увеличением температуры.

Что происходит с током при уменьшении сопротивления?

Аналогичным образом, если мы увеличиваем сопротивление, ток снижается при заданном напряжении, а если мы уменьшаем сопротивление, ток возрастает. Это означает, что если сопротивление велико, ток низкий, а если сопротивление низкое, ток высокий.

У какого компонента будет уменьшаться сопротивление при повышении температуры?

Термисторы

Что произойдет с сопротивлением, если напряжение удвоится?

Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.Таким образом, удвоение или утроение сопротивления приведет к тому, что ток будет половиной или одной третью от первоначального значения.

Какой ток при сопротивлении 5 Ом?

10/5 = 2 Ток = 2 ампера.

Какой ток в цепи 160 В, если сопротивление 10 Ом?

Ток = 16 А.

Какое напряжение требуется для перехода с 6 А через 10 Ом?

60 В

Сколько тока батарея 9 В проталкивает через резистор 3 Ом?

, значит, 9/3 = 3, ток составляет 3 ампера.

Почему закон Ома выполняется только при постоянной температуре?

Закон Ома применяется при постоянной температуре, потому что сопротивление любого материала изменяется с изменением температуры. Закон Ома действует только для линейных элементов. Он показывает линейную зависимость между приложенным напряжением и результирующим током при постоянном сопротивлении.

При какой температуре сопротивление выше?

У металлических проводников сопротивление прямо пропорционально температуре.Таким образом, сопротивление выше на Т2.

Как по закону Ома поддерживается постоянная температура?

Согласно закону Ома температура должна оставаться постоянной, поэтому [heat] = v × I × t, где время t постоянно. Следовательно, тепло прямо пропорционально v × I, и вы увеличиваете v, тогда I также увеличится, поэтому, поскольку v и I увеличились, тепло (температура) также увеличится.

Сопротивление полупроводников и проводников в зависимости от температуры

В проводниках i.е. В металлах электроны, проводящие ток, называются странствующими электронами. Они, по сути, могут свободно перемещаться по металлу, не привязанные к какому-либо конкретному атомному ядру. Удельное сопротивление можно понимать как странствующих электронов, рассеянных на фононах , или тепловые колебания решетки в проводнике. По мере увеличения температуры металла время между событиями рассеяния Phonon уменьшается, что приводит к увеличению удельного сопротивления.Температурная зависимость удельного сопротивления меди от температуры показана на рисунке ниже.

Нелинейная область ниже примерно 50 К - это область, где фононы подавлены до такой степени, что в удельном сопротивлении преобладают примеси в металле. Из рисунка видно, что температурный коэффициент удельного сопротивления проводника положительный.

Для некоторых материалов, таких как медь, удельное сопротивление по существу линейно зависит от температуры. Этот факт используется для создания чувствительных термометров, в которых постоянный ток пропускается через резистор с известной температурной зависимостью и измеряется напряжение на резисторе.Для других материалов температурную зависимость лучше описывает степенной закон.

В полупроводниках удельное сопротивление обычно уменьшается с повышением температуры. В случае собственных полупроводников, например кремния, можно было бы ожидать, что удельное сопротивление будет очень высоким: валентная зона заполнена и нет электронов проводимости, переносящих ток. Однако электроны могут быть термически возбуждены в зону проводимости, создавая электронно-дырочные пары, которые могут переносить ток.Как и следовало ожидать, образование термически возбужденных электронно-дырочных пар увеличивается с повышением температуры, поэтому удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Таким образом, температурный коэффициент удельного сопротивления полупроводника отрицательный.

Удельное сопротивление в собственных сверхпроводниках все еще довольно велико. В результате большинство полупроводников являются легированными, так что либо электронов проводимости больше, чем дырок (n-тип), либо дырок больше, чем электронов проводимости (p-тип).Это позволяет снизить удельное сопротивление и точно настроить удельное сопротивление. В легированных полупроводниках важную роль играет термическое образование электронно-дырочных пар.

Спасибо!

Как температура влияет на сопротивление материала? - Sluiceartfair.com

Как температура влияет на сопротивление материала?

Нагрев металлического проводника заставляет атомы вибрировать сильнее, что, в свою очередь, затрудняет движение электронов, увеличивая сопротивление.

Как сопротивление металлов зависит от температуры?

Сопротивление в зависимости от температуры Общее правило гласит, что сопротивление в проводниках увеличивается с увеличением температуры и уменьшается с увеличением температуры в изоляторах. В случае полупроводников, как правило, сопротивление полупроводника уменьшается с повышением температуры.

Как сопротивление зависит от материала?

Сопротивление провода прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально его площади поперечного сечения.Сопротивление также зависит от материала проводника. Сопротивление проводника или элемента схемы обычно увеличивается с повышением температуры.

В каком материале сопротивление уменьшается с увеличением температуры?

В изоляторах и частичных проводниках, таких как углерод, повышение температуры приводит к снижению сопротивления. Таким образом, полупроводники или изоляторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Уменьшается ли сопротивление с повышением температуры?

Это увеличивает количество столкновений между свободными электронами и ионами.Следовательно, для металла сопротивление увеличивается с повышением температуры. Часто повышение температуры вызвано увеличением силы тока. Сопротивление термистора NTC уменьшается с повышением температуры.

Почему сопротивление материала снижается с увеличением температуры?

Чем больше эти атомы и молекулы подпрыгивают, тем труднее электронам проходить. Таким образом, сопротивление обычно увеличивается с температурой. В некоторых материалах (например, кремнии) температурный коэффициент удельного сопротивления отрицательный, что означает, что сопротивление уменьшается с увеличением температуры.

Как температура влияет на сопротивление материала?

ОБЗОР: 1 Большинство проводящих материалов изменяют удельное сопротивление при изменении температуры. 2 Коэффициент изменения сопротивления на градус Цельсия изменения температуры называется температурным коэффициентом сопротивления. 3 Положительный коэффициент для материала означает, что его сопротивление увеличивается с повышением температуры.更多 结果…

Как рассчитать сопротивление материала?

Пусть R 1 и R 2 - измеренные сопротивления при температуре t 1 ° C и t 2 ° C соответственно.Затем мы можем написать уравнение ниже. Из приведенного выше уравнения мы можем рассчитать сопротивление любого материала при разной температуре.

Какая максимальная температура для коэффициента сопротивления?

Фактически для любого материала значение этого коэффициента максимально при температуре 0 o C. Скажем, значение этого коэффициента любого материала при любом t o C равно α t, тогда его значение можно определить по следующему уравнению:

Как сопротивление проводника зависит от температуры?

Это связано с тем, что с повышением температуры электроны в валентных оболочках полупроводникового материала переходят на уровень проводимости, и электрическое сопротивление уменьшается.Разница в электрическом потенциале на полупроводниковом материале вынудила бы его выйти из теплового равновесия и создать неравновесную ситуацию.

Какое влияние оказывает температура на полупроводник? - MVOrganizing

Какое влияние оказывает температура на полупроводник?

Зазор между максимальной энергией валентной зоны и нижней энергией зоны проводимости зависит от материала. Таким образом, с повышением температуры проводимость полупроводника увеличивается, а удельное сопротивление уменьшается.

Какая связь между температурой и проводимостью?

Проводимость неизменно увеличивается с повышением температуры, в отличие от металлов, но подобно графиту. На него влияет природа ионов и вязкость воды. При низких концентрациях ионов (очень чистая вода) ионизация воды обеспечивает значительную часть проводящих ионов.

Как температура влияет на сопротивление?

Когда мы увеличиваем температуру, амплитуда колебаний атомов увеличивается, в результате чего увеличивается количество столкновений между электронами и атомом, и, следовательно, увеличивается сопротивление.

Почему электронная проводимость уменьшается с температурой?

Электропроводность металла уменьшается с повышением температуры, потому что положительно заряженные ядра, присутствующие в электронном море, также приобретают подвижность и препятствуют движению валентных электронов, ответственных за проводимость.

Что происходит с электронной проводимостью при повышении температуры?

Электропроводность металла уменьшается с повышением температуры, а проводимость полупроводника увеличивается.В полупроводниках электрическая проводимость увеличивается, потому что больше электронов могут перемещаться из валентной зоны в зону проводимости, поскольку существует только небольшая запрещенная зона.

Почему электропроводность металла уменьшается с повышением температуры?

Однако, когда мы увеличиваем температуру, колебательное движение электронов увеличивается и, таким образом, вызывает нежелательные столкновения, что приводит к увеличению сопротивления металлов. Следовательно, подвижность электронов уменьшается и вызывает снижение проводимости.

Почему проводимость увеличивается с повышением температуры?

Увеличение ионной проводимости с повышением температуры связано с тем, что при низкой температуре ионная подвижность и сегментарные движения полимерных цепей ограничиваются из-за сильной солевой полимерной ассоциации, тогда как при более высокой температуре ионная проводимость увеличивается из-за уменьшения солевого полимера. …

Почему KCl используется при стандартизации кондуктометров?

KCl используется для калибровки кондуктометра, потому что он очень стабилен.KCl или хлорид калия является продуктом реакции между сильной кислотой и сильным основанием, поэтому он прочно связан из-за высокой электроположительной природы калия и высокой электроотрицательной природы хлора.

Какое влияние оказывает температура на электролитическую проводимость?

Электропроводность электролита зависит от температуры. С повышением температуры проводимость электролита увеличивается, тогда как металлическая проводимость уменьшается с повышением температуры.При повышении температуры металлическая проводимость уменьшается, а электролитическая проводимость увеличивается.

Как удельная проводимость зависит от температуры?

Повышение температуры раствора вызывает уменьшение его вязкости и увеличение подвижности ионов в растворе. Повышение температуры также может вызвать увеличение количества ионов в растворе из-за диссоциации молекул.

Почему теплопроводность жидкостей уменьшается с температурой?

Теплопроводность жидкостей уменьшается с повышением температуры, поскольку жидкость расширяется и молекулы расходятся.В случае твердых тел из-за искажений решетки более высокие температуры затрудняют прохождение электронов, следовательно, теплопроводность металлов снижается.

Какие факторы не влияют на проводимость?

Фактор, не влияющий на проводимость любого раствора. Пошаговое решение от экспертов, которое поможет вам в устранении сомнений и получении отличных оценок на экзаменах. Разбавление, температура и природа электролита влияют на проводимость раствора.

Что произойдет с удельной проводимостью и эквивалентной проводимостью при повышении температуры?

Ответ.Удельная проводимость (κ) увеличивается с увеличением концентрации раствора по мере увеличения количества ионов в единице объема. * Принимая во внимание, что как эквивалентная проводимость, так и увеличиваются с уменьшением концентрации (то есть при разбавлении), поскольку степень ионизации увеличивается.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.