Действие полупроводниковых приборов основано на электронных процессах, протекающих в кристаллах полупроводников. Основным полупроводниковым материалом в настоящее время является кристаллический кремний.

Кристаллы кремния в обычных условиях являются диэлектриками. Однако, если в них ввести небольшое количество пятивалентных элементов (сурьма, мышьяк), в их кристаллической решетке образуются свободные электроны и кристаллы становятся проводниками. Такая проводимость кристаллов называется электронной, или отрицательной, или негативной (negative), или проводимостью n-типа.
Введение в кристалл кремния трехвалентных примесей (индий, бор) приводит к тому, что в кристалле возникает дефицит электронов — так называемые дырки, которые также могут переносить электрические заряды. Такая проводимость называется дырочной, или положительной (positive), или проводимостью р-типа.
Полупроводниковые приборы подразделяются по своей структуре на дискретные и интегральные. К дискретным полупроводниковым приборам относятся диоды, транзисторы, фотоэлементы, а также полупроводниковые приборы, управляемые внешними факторами, — фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, терморезисторы, варисторы, варикапы, которые используются в качестве датчиков физических параметров. К интегральным приборам относятся интегральные микросхемы и микропроцессоры.

Диоды. Различают выпрямительные и излучающие диоды, фотодиоды.
Выпрямительные диоды представляют собой полупроводниковые приборы, состоящие из двух слоев полупроводникового материала с электропроводностью типа n и p. Граница между этими слоями обладает способностью пропускать электрический ток только в одном направлении. Такие диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
Излучающие диоды представляют собой диоды, способные излучать свет определенного спектрального состава при прохождении через них тока.

Самостоятельная работа №21

По вертикали: 1. Силовая характеристика электростатического поля. 2. Устройство для накопления электрического заряда. 3. Величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в однородной изотропной среде. 4. Энергетическая характеристика электростатического поля. 6. Английский физик, в его честь названа единица электрической емкости. 7. Процесс пространственного разделения разноименных зарядов в молекуле. 9. Прибор для измерения разности потенциалов. 10. Вещество, не проводящее электрический ток. 11. Теория о том, что любое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных агентов и распространяется с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме. 12. Элементарная частица, имеющая отрицательный заряд. 13. Безвоздушное пространство. 14. Физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия. 16. Система двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. 17.Разность потенциалов. 18. Единица электрического заряда. 19. Единица потенциальной энергии поля.

По горизонтали: 3. Вещество, обладающее большим числом свободных электрических зарядов. 5.Единица электрического потенциала. 8. Явление наведения зарядов противоположных знаков в проводнике, помещенном в электростатическое поле. 20. Величина, показывающая, какой заряд может накопить конденсатор при данном напряжении, т. е. его вместимость.

Ответы. По вертикали: 1. Напряженность. 2. конденсатор. 3. Проницаемость. 4. Потенциал. 6. Фарадей. 7. Поляризация. 9. Электрометр. 10. Диэлектрик. 11. Близкодействие. 12. Электрон. 13. Вакуум. 14. Заряд. 16. Диполь. 17. Напряжение. 18. Кулон. 19. Джоуль. По горизонтали: 3. Проводник. 5. Вольт. 8. Индукция. 20. Электроемкость.

Самостоятельная работа №22

Электромагнитная индукция – это явление возникновения электрического тока (индукционного тока) в замкнутом проводнике(контуре) при воздействии на него изменяющегося во времени магнитного поля.

 При этом для реализации этого явления не важно, движется проводник или источник магнитного поля. Благодаря этому явления стала возможна работа электрогенераторов и других электрических машин.

Электромагнитная индукция была открыта 29 августа 1831 года Майклом Фарадеем. Хотя изначально это явление заметил другой выдающийся ученый Ханс Христиан Эрстед. Проводя свои опыты, он обнаружил, что если магнитную стрелку поместить возле контура, по которому пропускается электрический ток, то стрелка отклоняется.

После он выдвинул предположение, что если электрический ток способен породить явление магнетизма, то, скорее всего, возможно и обратное явление, когда магнитное поле порождает электрический ток.

Фундаментально доказать свое предположение Эрстед не смог, поэтому слава в открытии явления электромагнитной индукции досталась Фарадею, который собственно и продолжил начинания своего коллеги.

Интересно, что на пальму первенства в этом открытии помимо Фарадея претендовал американский физик Джозеф Генри.

 Он также смог провести успешные опыты по индукции токов. Но пока американец решался опубликовать результаты своей работы, Фарадей опередил его.

Самостоятельная работа №23

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ. Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают магнитными полями. По убыванию дипольного магнитного момента на первом месте Юпитер и Сатурн, а за ними следуют Земля, Меркурий и Марс, причем по отношению к магнитному моменту Земли значение их моментов составляет 20 000, 500, 1, 3/5000 3/10000. Дипольный магнитный момент Земли на 1970 составлял 7,98·1025 Гс/см3 (или 8,3·1022А.м2), уменьшаясь за десятилетие на 0,04·1025 Гс/см3. Средняя напряженность поля на поверхности составляет около 0,5 Э (5·10–5 Тл). По форме основное магнитное поле Земли до расстояний менее трех радиусов близко к полю эквивалентного магнитного диполя. Его центр смещен относительно центра Земли в направлении на 18° с.ш. и 147,8° в. д. Ось этого диполя наклонена к оси вращения Земли на 11,5°. На такой же угол геомагнитные полюса отстоят от соответствующих географических полюсов. При этом южный геомагнитный полюс находится в северном полушарии. В настоящее время он расположен недалеко от северного географического полюса Земли в Северной Гренландии. Его координаты j = 78,6 + 0,04° Т с.ш., l = 70,1 + 0,07° T з.д., где Т – число десятилетий от 1970. У cеверного магнитного полюса j = 75° ю.ш., l = 120,4° в.д. (в Антарктиде). Реальные магнитные силовые линии магнитного поля Земли в среднем близки к силовым линиям этого диполя, отличаясь от них местными нерегулярностями, связанными с наличием намагниченных пород в коре. В результате вековых вариаций геомагнитный полюс прецессирует относительно географического полюса с периодом около 1200 лет. На больших расстояниях магнитное поле Земли несимметрично. Под действием исходящего от Солнца потока плазмы (солнечного ветра) магнитное поле Земли искажается и приобретает «шлейф» в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров, выходя за орбиту Луны.

Специальный раздел геофизики, изучающий происхождение и природу магнитного поля Земли называется геомагнетизмом. Геомагнетизм рассматривает проблемы возникновения и эволюции основной, постоянной составляющей геомагнитного поля, природа переменной составляющей (примерно 1% от основного поля), а так же структура магнитосферы – самых верхних намагниченных плазменных слоев земной атмосферы, взаимодействующих с солнечным ветром и защищающих Землю от космического проникающего излучения. Важной задачей является изучение закономерностей вариаций геомагнитного поля, поскольку они обусловлены внешними воздействиями, связанными в первую очередь с солнечной.

Самостоятельная работа №24

Никола Тесла родился 10 июля 1856 года в селе Смилян на территории современной Хорватии. Его отец – Милутин Тесла, сербский православный священник Сремской епархии. Его мать – Георгина Тесла (Мандич), дочь священника.

Детство и учеба

У Теслы младшего было трое сестер и один (старший) брат, который умер после падения с лошади, когда Николе было 5 лет. Первый класс школы Никола окончил в родном селе, а остальные 3 – в городе Госпич, куда его родители переехали после повышения отца.

В 1870 году Никола окончил трехлетнее обучение в нижней гимназии Госпича и сразу же поступил в высшее училище в городе Карловац. В 1873 году он окончил училище и получил аттестат зрелости.

В 1875 году после 9-месяной болезни (холера, водянка) Никола Тесла поступает в техническое училище в Граце. Там он начал изучат электротехнику.

Первая работа

В 1879 году Никола устроился преподавателем в гимназию в Госпиче, в которой он сам учился. Работа в Госпиче его не устраивала. У семьи было мало денег, и только благодаря финансовой помощи от двух своих дядей, Петара и Павла Мандич, молодой Тесла смог в январе 1880 года уехать в Прагу, где поступил на философский факультет Пражского университета. Он проучился всего один семестр и был вынужден искать работу.

Вильгельм Вебер

Немецкий физик. Родился 24 октября 1804 в Виттенберге. Окончил университет в Галле (1826). В 1831–1837 – профессор физического факультета Гёттингенского университета.

Родился 24 октября 1804 в Виттенберге. Окончил университет в Галле (1826). В 1831–1837 – профессор физического факультета Гёттингенского университета. Вместе с шестью другими преподавателями Вебер выступил с протестом против подавления конституционных прав королем Ганновера и в 1837 был смещен со своего поста. Провел несколько лет, давая частные уроки и странствуя. В 1843–1849 – профессор Лейпцигского университета, с 1849 – профессор Гёттингенского университета.

Самостоятельная работа №25