Nauka o materiałach - wyklad 12

Nauka o Materiałach Wykład XII Właściwości elektryczne Jerzy Lis Nauka o Materiałach Treść wykładu: 1. Wprowadzenie 2. Przewodnictwo elektryczne a) wiadomości podstawowe b) przewodniki c) półprzewodniki d) izolatory 3. Właściwości dielektryczne Nauka o materiałach WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE Oddziaływanie pola magnetycznego na materiał MATERIAŁ Przepływ prądu Polaryzacja Odkształcenie Namagnesowanie ....................... Pole elektromagnetyczne Przepływ prądu –  izolatory, półprzewodniki, nadprzewodniki Polaryzacja –  kondensatory, układy hybrydowe Odkształcenie-  piezoelektryki Namagnesowanie  – ferryty Własności fizyczne i chemiczne –  sensory naprężenia, temperatury, stężenia Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE Przewodnictwo elektryczne Wiadomości wstępne - prawo Ohma Prawo Ohma - ujęcie makroskopowe U = I R U - napięcie; I - natężenie pradu; R - opór; Oznaczając: l - długość przewodnika; S -pole przekroju,  ρ - opór  właściwy; σ - przewodność  właściwa R = ρ l/S =  l / (σ S)   stąd U = (I l)/( σS)    i      j = I/S  gęstość strumienia prądu oraz  E = U/l  natężenie pola  elektrycznego Mamy  j =  σ  E   II postać prawa Ohma Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE Przewodnictwo elektryczne W ujęciu elementarnym strumień prądu to  ruch ładunków prądu w polu elektrycznym j=  Σ i ni e v zi n i - gęstość nośników e  - elementarny ładunek v  - średnia prędkość ruchu  ładunków w kierunku pola z i - liczba elementarnych  ładunków ( w jednostce objętości) Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE Przewodnictwo elektryczne σ =  Σ i ni e v/E zi (V/E)=b ruchliwość ładunku w polu Ostatecznie σ  =  Σ i ni e zi bi Rozpatrując przewodność elektryczną materiału będziemy analizować  rodzaj, ilość i ładunek nośników prądu oraz ich ruchliwość w polu  elektrycznym. Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE Przewodnictwo elektryczne Rodzaje nośników prądu elektrony swobodne ( metale) elektrony i dziury ( półprzewodniki i izolatory) jony (przewodniki jonowe) Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE Przewodnictwo elektryczne Przewodnictwo prądu wg. teorii pasmowej Powstawanie kryształów wiąże się z rozszczepieniem poziomów energetycznych  orbitali na pasma  ( zachowanie reguły Pauliego) Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE Przewodnictwo elektryczne Przykłady struktur pasmowych: Struktura pasmowa sodu (metal) Struktura pasmowa diamentu (kryształ kowalencyjny)  Nauka o materiałach  WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE Przewodnictwo elektryczne Typy przewodnictwa materiałów O typie przewodnictwa decyduje charakter struktury pasmowej i wielkość 

(…)

…
Zewnętrzne pole elektryczne o natężeniu E oddziaływując na
dielektryk powoduje powstanie sumarycznego momentu
dielektrycznego nazywanego polaryzacją P
P = Σ pi = nαE
gdzie
n - ilość dipoli w objętości materiału;
α - polaryzowalność dielektryczna
α= αe + αa + αd + .......
Pole elektryczne w praktyce wywoływane jest przez naładowane płytki
przewodzące - kondensatory
Nauka o materiałach
WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE
Polaryzacja dielektryczna
kondensator
Po wprowadzeniu dielektryka pomiędzy okładki kondensatora w materiale
nakładają się dwa pola:
1. Pole elektryczne wywołane naładowanymi okładkami kondensatora
2. Pole wewnętrzne indukowane w dielektryku dzięki zjawisku polaryzacji
Sumaryczna polaryzowalność materiału wynosi:
P = εo(εr -1)E
gdzie:
εo, εr - przenikalności dielektryczne próżni i dielektryka
Nauka…
… przy
domieszkowaniu pierwiastkami o mniejszej liczbie elektronów walencyjnych
(Ga) półprzewodników typu p.
typ n
typ p
Półprzewodniki te mają zastosowanie do wytwarzania elementów
elektronicznych (diody, tranzystory, układy scalone)
Nauka o materiałach
WŁAŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNE
Przewodnictwo elektryczne
Półprzewodniki tlenkowe
Związki jonowe o charakterze niestechiometrycznym lub związki jonowe
z domieszkami zawierają…
... zobacz całą notatkę