Зависимость электрического сопротивления металлов от температуры

Сопротивление металлических проводников увеличивается с повышением температуры. У полупроводников сопротивление сильно уменьшается при повышении температуры

При повышении температуры увеличивается скорость и амплитуда хаотического движения ионов кристаллической решетки металла и свободных электронов. Это приводит к более частым их соударениям, что затрудняет направленное движение электронов, то есть увеличивает электрическое сопротивление.

24. Расщепление энергетических уровней в кристалле и образование зон. Валентная зона и зона проводимости.Зонный энергетический спектр – спектр, образованный взаимодействием между атомами, приводящее к тому, что энергетические уровни атомов смещаются, расщепляются и расширяются в зоны.Валентная зона – зона, образованная из энергетических уровней внутри электронов свободных атомов.Зона проводимости (свободная зона) – зона, которая либо частично заполнена электронами, либо свободна и образована из энергетических уровней волны «коллективизированных» электронов изолированных атомов.Запрещенная зона – область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле.

25. Для того, чтобы ядро разделилось, в него должна быть внесена энергия - это и называется энергией активации.

26. Полупроводники – твёрдые тела, которые при t=0 характеризуются полностью занятой ВЗ, отделённой от ЗП сравнительно узкой ЗЗ.

Собственные полупроводники-химически чистые п.п,а их проводимость собственная проводим

Вопрос 27

Проводимость собственных полупроводников, обусловленная электронами, называется электронной проводимостью или проводимостью n-типа.

В результате тепловых забросов электронов из зоны I в зону II в валентной зоне возникают вакантные состояния, получившие название дырок. Проводимость собственных полупроводников, обусловленная квазичастицами — дырками, называется дырочной проводимостью или проводимостью p-типа.

В собственных полупроводниках наблюдаются два механизма проводимости: электронный и дырочный. Число электронов в зоне проводимости равно числу дырок в валентной зоне, так как последние соответствуют электронам, возбужденным в зону проводимости. Следовательно, если концентрации электронов проводимости и дырок. Проводимость полупроводников всегда является возбужденной, т. е. появляется только под действием внешних факторов (температуры, облучения, сильных электрических полей и т. д.).

Вопрос 28

28. В полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки. Отношение их концентраций определяет тип проводимости полупроводника.

Неосновные носители заряда - в п-п - носители заряда, концентрация которых не определяет тип проводимости. В полупроводниках n-типа неосновными носителями заряда являются дырки, а в п-п p-типа – электроны. Основные носители заряда - в п-п - носители заряда, концентрация которых определяет тип проводимости. В п-п n-типа основными носителями заряда являются электроны, а в п-п p-типа - дырки. Если положительный потенциал приложен к p-области, то потенциальный барьер понижается (прямое смещение). В этом случае с ростом приложенного напряжения экспоненциально возрастает число основных носителей, способных преодолеть барьер. Как только эти носители миновали p — n-переход, они становятся неосновными. При температурах, отличных от абсолютного нуля, имеется конечная вероятность того, что некоторые из электронов за счёт тепловых флуктуаций (неравномерного распределения тепловой энергии между частицами) преодолеют потенциальный барьер и окажутся в зоне проводимости. В собственном полупроводнике каждый переход электрона в зону проводимости сопровождается образованием дырки в валентной зоне. Чем выше температура и меньше ширина запрещённой зоны, тем выше скорость тепловой генерации носителей заряда (электронов и дырок). Одновременно с генерацией в полупроводнике непрерывно идёт и обратный процесс: рекомбинация носителей заряда, т. е. возвращение электронов в валентную зону с исчезновением пары носителей заряда (электрон–дырка). В результате протекания двух конкурирующих процессов в полупроводнике при любой температуре устанавливается некоторая равновесная концентрация электронов n0 и дырок р0.

Вопрос 29

Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электронного излучения.. Фотоэффект был открыт Герцем в 1887 году.

А.Г. Столетов установил три Закона фотоэффекта.

1) При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещённости катода).

2) Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется его частотой, а именно линейно возрастает с увеличением частоты.

3) Для каждого металла существует «красная граница» фотоэффекта, т.е. минимальная частота света, при которой фотоэффект еще возможен.

Из вольтамперной характеристики следует, что при U=0 фототок не исчезает. Следовательно, электроны, выбитые светом из катода, обладают некоторой начальной скоростью v, а значит, и отличной от нуля кинетической энергией и могут достигнуть анода без внешнего поля. Для того чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее напряжение U0. При U=U0 ни один из электронов, даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью vmax, не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода. Следовательно, т. е., измерив задерживающее напряжение U0, можно определить максимальные значе­ния скорости и кинетической энергии фотоэлектронов.

Ответ 30.

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет энергии теплового движения атомов и молекул. Основной величиной, характеризующей тепловое состояние тел, является температура. Для спектральной характеристики теплового излучения вводится понятие об излучательной способности тела.

Таким образом, излучательная способность тела численно равна мощности излучения с единицы площади поверхности этого тела в единичном интервале длин волн. Интегральной характеристикой излучения является светимость тел. Светимость R(T) – количество энергии, излучаемое единицей поверхности тела в единицу времени во всем интервале длин волн от 0 до ∞.

Тело, которое поглощает полностью все падающее на него излучение любой длины волны при любой температуре, называют абсолютно черным телом.

Закон Кирхгофа

Отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности есть величина постоянная, оно не зависит от природы тела и является для всех тел универсальной функцией частоты и температуры:

Закон Стефана – Больцмана: энергетическая светимость черного тела пропорциональна 4-ой степени его термодинамической температуры. Закон смещения Вина: Длина волны, соответствующая max значению спектральной плотности эн-кой светимости черного тела обратно - пропорциональна его термодинамической температуре.

Вопрос 31.

В зависимости от вида испускаемых возбуждённым ядром частиц известны следующие виды радиоактивного распада:α-распад, β-распад, γ-распад. Скорость радиоактивного распада прямо пропорциональна только наличному в данный момент количеству радиоактивных ядер.
dN/dt = -λN(t), проинтегрировав выражение получим: N(t) = No exp(-λt), тоесть

Концентрация нераспавшихся радиоактивных ядер во времени падает по экспоненциальному закону, и темп радиоактивного распада определяется только одной величиной - величиной постоянной радиоактивного распада.T = 1/λ, называется период радиоактивного распада. - формула выражает закон р.а. распада, лямбда-постоянна р.а распада,знак минус говорит что общее число ядер в проц распада уменьш.

Вопрос 32.

Среди ядерных реакций особое место занимает реакция деления тяжелых ядер. Сам процесс деления ядра сопровождается излучением нескольких (двух – трех) нейтронов, т.е. в результате реакции деления происходит лавинообразное увеличение числа нейтронов. В основе теории деления тяжелых ядер лежит капельная модель ядра, согласно которой ядро представляет собой как бы каплю заряженной жидкости. Ядро делится в том случае, если действие сил отталкивания между протонами превосходит силы притяжения между нуклонами. В тяжелых ядрах это возможно из-за большого числа протонов и больших размеров ядра.Для практического применения реакции деления тяжелых ядер важное значение имеет не только выделение большой энергии при каждом акте деления, но и появление при этом двух – трех нейтронов. Если каждый из этих нейтронов, взаимодействуя с ядрами делящегося вещества, вызовет в них процесс деления, то число актов деления со временем будет лавинообразно нарастать, а реакция деления превратится в цепную реакцию. Однако не все образующиеся при делении ядер нейтроны захватываются соседними ядрами. Часть нейтронов захватывается неделящимися ядрами, часть вылетает из зоны реакции, не успев вступить в процесс деления, и т.д. Поэтому непременным условием возникновения цепной реакции является наличие массы делящегося вещества, превышающей некоторую минимальную, иликритическую массу. Если масса вещества меньше критической, бóльшая часть нейтронов покидает активную зону, не успев вступить в реакцию.

Коэффициент размножения – равен отнош числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущ поколении(к большеили=11,чтоб пошла цеп р-ция Критическая масса - минимальное количество делящегося вещества, необходимое для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления;Минимальные размеры активной зоны, при которых возможно осуществление цепной реакции, называются критическими размерами.

33. Энергия связи: ; Дефект массы ядра:

Перечислим основные характеристики ядер, которые будут обсуждаться далее:

1.Размеры ядер.

2.Энергия связи нуклонов в ядре и энергии отделения нуклонов и кластеров от ядра.(Масса стабильных ядер меньше суммы масс входящих в ядро нуклонов, - разность этих величин и определяет энергию связи ядра Eсв

3.Спин ядер в основных и возбужденных состояниях. (Спин ядра – результат сложения моментов нуклонов ядра Спин нуклона равен 1/2.

4.Спектры ядер.(В области энергий возбуждения E < Eотд – т.е. при энергиях, меньших, чем энергия отделения нуклона, спектры ядер – дискретные. Это означает, что ширины спектральных уровней меньше расстояния между уровнями Г < E.

5.Электромагнитные моменты ядра и нуклонов.

34. Ядерные реакции – это превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами, в том числе и с γ-квантами.В отличие от р.а. распада, который протекает с выделением энергии, термоядерные реакции могут быть: экзотермическими (с выделением) и эндотермическими (с поглощением).-Характеризуются по следующим признакам: 1)По роду участвующих частиц

2)По энергии вызывающих их частиц

3)По роду участвующих в них ядер:

а) Реакция на легких ядрах A<50

б) …на средних50<A<100

в) …на тяжелыхA>100

35. Коэффициент размножения – равен отнош числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущ поколении(к большеили=11,чтоб пошла цеп р-ция- последовательность единичных ядерных реакций, каждая из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге последовательности. Примером цепной ядерной реакции является цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов, при которой основное число актов деления инициируетсянейтронами, полученными при делении ядер в предыдущем поколении. Ядерная бомба- авиационная бомба с ядерным зарядом; один из видов ядерных боеприпасов. Сбрасывается с самолётов или других летательных аппаратов для поражения различных целей.

36. - формула выражает закон р.а. распада, лямбда-постоянна р.а распада,знак минус говорит что общее число ядер в проц распада уменьш.ф-ла выражает закон р.а. распада,согласно кот число неравспав ядер убывает со временем по эксп. При ядерных реакциях выполняются все законы сохранения классической физики. В любой ядерной р-ции выполн з сохр эл заряда и массовых чисел,зс энегрии,импульса,момента импульса

37. Энергия связи: ; Дефект массы ядра:

Энегргия,кот необходима затратить,чтобы ядро расщепилось на отдел нуклоны назыв энергией связи ядра. Тяжелые и легкие ядра менее устойчивые,это означает что энергетически выгодно след проц: -деленение тяжелых ядер на более легкие,-слияние легких ядер друг с другом в более тяжелые

38 эффективное сечение ядерной реакции — величина, характеризующая вероятность взаимодействия частицы с атомным ядром или другой элементарной частицей. Единица измерения эффективного сечения — барн (1 барн = 10⁻²⁸м²). С помощью известных эффективных сечений вычисляют скорости ядерных реакций или количества прореагировавших частиц. коэффициент , характеризующий вероятность взаимодействия с ядром и называющийся ядерным эффективным сечением, соответственно будет равен Ядерные реакции – это превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами, в том числе и с γ-квантами. Превращения ядер сопровождается изменением их внутренней энергии (энергии связи). ; Дефект массы ядра:

Энегргия,кот необходима затратить,чтобы ядро расщепилось на отдел нуклоны назыв энергией связи ядра. Тяжелые и легкие ядра менее устойчивые,это означает что энергетически выгодно след проц: -деленение тяжелых ядер на более легкие,-слияние легких ядер друг с другом в более тяжелые