Введение

Лекционный комплекс

Тема лекции № 1(1 час) Введение. Электроника, ее роль в развитие науки техники и технологии. Современные проблемы электроники.

План

1. Роль электроники в развитие науки техники и технологии.

2. Перспектива развития и пути совершенствования

3. Современные проблемы электроники.

Электроника представляет собой бурноразвивающуюся отрасль науки и  техники. Она  изучает  физические  основы   и   практическое   применение   различных электронных  приборов.  К  физической  электронике  относят:  электронные  и ионные  процессы  в  газах  и  проводниках.  На  поверхности  раздела  между вакуумом и газом, твердыми  и  жидкими  телами.  К  технической  электронике относят изучение устройства электронных приборов и  их  применение.  Область посвященная применению  электронных  приборов  в  промышленности  называется промышленной электроникой.  Успехи  электроники  в  значительной   степени   стимулированы   развитием радиотехники. Электроника и радиотехника  настолько  тесно  связаны,  что  в 50–е годы их объединяют и эту  область  техники  называют  Радиоэлектроника. Радиоэлектроника сегодня это комплекс областей науки и техники, связанных  с проблемой  передачи,  приема  и преобразования   информации   при   помощи эл./магнитных колебаний и  волн  в  радио  и  оптическом  диапазоне  частот. Электронные приборы служат основными элементами  радиотехнических  устройств

и определяют важнейшие показатели радиоаппаратуры. С другой  стороны  многие проблемы в радиотехнике привели  к  изобретению  новых  и  совершенствованию действующих электронных приборов.  Эти  приборы  применяются  в  радиосвязи, телевидении,  при  записи  и  воспроизведении  звука,  в   радиолокации,   в радионавигации, в  радиотелеуправлении,  радиоизмерении  и  других  областях радиотехники.

     Современный  этап  развития   техники   характеризуется   все   возрастающим проникновении электроники во  все  сферы  жизни  и  деятельности  людей.  По данным  американской  статистики  до  80%  от  объема  всей   промышленности занимает  электроника.  Достижения  в   области   электроники   способствуют

Рекомендуемые материалы

успешному   решению   сложнейших   научно–технических   проблем.   Повышению эффективности  научных  исследований,   созданию   новых   видов   машин   и оборудования.  Разработке  эффективных  технологий  и   систем   управления: получению материала с уникальными  свойствами,  совершенствованию  процессов сбора и обработки информации. Охватывая широкий  круг  научно–технических  и производственных проблем, электроника опирается на  достижения  в  различных областях знаний. При этом с одной стороны электроника  ставит  задачи  перед другими науками и производством, стимулируя  их  дальнейшее  развитие,  и  с другой стороны вооружает их качественно  новыми  техническими  средствами  и методами  исследования.  Предметами  научных  исследований   в   электронике   являются:

     1. Изучение законов  взаимодействия  электронов  и  других  заряженных частиц с эл./магнитными полями.

     2. Разработка методов создания  электронных  приборов  в  которых  это взаимодействие используется  для  преобразования  энергии  с  целью   передачи,   обработки   и   хранения   информации,    автоматизации  производственных  процессов,  создания  энергетических   устройств,  создания  контрольно-измерительной  аппаратуры,  средств   научного эксперимента и других целей.

Исключительно   малая   инерционность   электрона    позволяет    эффективно использовать взаимодействие электронов, как с  макрополями  внутри  прибора, так и микрополями внутри атома,  молекулы  и  кристаллической  решетки,  для генерирования преобразования и приема эл./магнитных колебаний с частотой  до 1000ГГц. А также инфракрасного, видимого, рентгеновского и гамма  излучения. Последовательное  практическое  освоение  спектра  эл./магнитных   колебаний является характерной чертой развития электроники.

      Фундамент электроники был  заложен  трудами  физиков  в  XVIII–  XIX  в. Первые в мире исследования  электрических  разрядов  в  воздухе  осуществили академики Ломоносов и Рихман в  России  и  независимо  от  них  американский ученый Франкель. В 1743 г. Ломоносов в оде "Вечерние  размышления  о  божьем величие" изложил идею об электрической природе молнии  и  северного  сияния.

Уже в 1752 году Франкель и Ломоносов показали на опыте с  помощью  "громовой машины", что гром и молния представляют собой мощные  электрические  разряды в воздухе. Ломоносов установил также, что электрические  разряды  имеются  в воздухе и при отсутствии грозы, т.к. и в этом случае  из  "громовой  машины" можно было извлекать искры. "Громовая машина" представляла собой  Лейденскую банку установленную  в  жилом  помещении.  Одна  из  обкладок  которой  была соединена проводом с металлической  гребенкой  или  острием  укрепленным  на шесте во дворе.

         В 1753 г. во время опытов был убит  молнией,  попавшей  в  шест,  профессор Рихман, проводивший исследования. Ломоносов создал и общую  теорию  грозовых явлений, представляющую собой прообраз современной  теории  гроз.  Ломоносов исследовал также  свечение  разряженного  воздуха  под  действием  машины  с трением.

          В 1802 году профессор физики Петербургской медико-хирургической академии  – Василий Владимирович Петров впервые, за несколько лет до английского  физика Дэви, обнаружил и описал явление электрической дуги в  воздухе  между  двумя угольными  электродами.  Кроме  этого  фундаментального  открытия,   Петрову принадлежит описание разнообразных видов свечения разряженного  воздуха  при прохождении через него электрического тока. Свое открытие  Петров  описывает так: "Если на стеклянную плитку или скамеечку со стеклянными  ножками  будут положены 2 или  3  древесных  угля,  и  если  металлическими  изолированными направителями, сообщенными с обоими полюсами  огромной  батареи,  приближать оные один к другому на расстоянии от одной до трех линий, то является  между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли  скорее или медлительнее разгораются,  и  от  которого  темный  покой  освещен  быть может.  "  Работы  Петрова  были  истолкованы  только  на   русском   языке, зарубежным ученым они были не доступны. В России значимость  работ  не  было понято и они были забыты. Поэтому открытие дугового разряда  было  приписано  английскому физику Дэви.  Начавшееся изучение спектров поглощения и излучения различных  тел  привело немецкого ученого Плюккера  к  созданию  Гейслеровых  трубок.  В  1857  году Плюккер установил, что спектр Гейслеровой трубки,  вытянутой  в  капилляр  и помещенной  перед  щелью  спектроскопа,  однозначно  характеризует   природу заключенного  в  ней  газа  и  открыл  первые  три  линии   так   называемой Бальмеровской спетральной серии водорода. Ученик  Плюккера  Гитторф  изучал тлеющий   разряд   и   в   1869   году   опубликовал   серию    исследований эл./проводимости  газов.  Ему  совместно  с  Плюккером  принадлежат   первые исследования катодных лучей, которые продолжил англичанин Крукс.

  Существенный  сдвиг  в  понимании  явления  газового  разряда  был  вызван работами английского ученого Томсона, открывшего существование электронов  и ионов. Томсон создал  Кавендишскую  лабораторию  откуда  вышел  ряд  физиков исследователей  электрических  зарядов  газов(Таундсен,  Астон,   Резерфорд, Крукс, Ричардсон). В дальнейшем эта школа внесла крупный  вклад  в  развитие электроники. Из русских физиков над исследованием  дуги  и  практическим  ее применением  для   освещения   работали:   Яблочков   (1847–1894),   Чиколев (1845–1898),     Славянов(сварка,      переплавка      металлов      дугой),

Бернардос(применение дуги для освещения).  Несколько  позднее  исследованием дуги занимались Лачинов и Миткевич. В 1905 году Миткевич  установил  природу процессов на катоде дугового разряда. Не  самостоятельным  разрядом  воздуха занимался Столетов (1881–1891).  Во  время  его  классического  исследования фотоэффекта в Московском университете  Столетов  для  эксперимента  построил "воздушный  элемент"  (В.Э.)  с  двумя   электродами   в   воздухе,   дающим электрический ток без включения в цепь посторонних ЭДС  только  при  внешнем освещении  катода.  Столетов  назвал  этот  эффект  актиноэлектрическим.  Он изучал этот эффект как  при  повышенном  атмосферном  давлении,  так  и  при пониженном. Специально построенная Столетовым аппаратура давала  возможность создавать пониженное давление до 0,002  мм.  рт.  столба.  В  этих  условиях актиноэлектрический  эффект  представлял  собой  не  только  фототок,  но  и фототок усиленный самостоятельным газовым разрядом. Свою статью об  открытии

этого эффекта Столетов  закончил  так:  "Как  бы  ни  пришлось  окончательно сформулировать объяснение актиноэлектрических разрядов, нельзя  не  признать некоторые своеобразные аналогии между этими явлениями и давно знакомыми,  но до сих пор малопонятными, разрядами Гейслеровых и  Круксовых  трубок.  Желая при моих первых опытах ориентироваться  среди  явлений  представляемых  моим сетчатым конденсатором я невольно говорил себе, что перед  мной  Гейслеровая трубка, могущая действовать и без разряжения воздуха с  посторонним  светом. Там и здесь явления электрические тесно  связанны  со  световыми  явлениями. Там и здесь катод играет особую роль  и  по-видимому  распыляется.  Изучение актиноэлектрических   разрядов   обещает   пролить    свет    на    процессы распространения электричества в газах вообще…" Эти слова  Столетова  всецело оправдались.

 В 1905 году Эйнштейн дал толкование фотоэффекту,  связанного  со  световыми квантами и установил закон названный его именем. Таким  образом  фотоэффект, открытый Столетовым, характеризует следующие законы:

1) Закон Столетова – количество имитируемых  в  единицу  времени  электронов   пропорционально, при прочих равных условиях, интенсивности  падающего  на поверхность  катода  света.  Равные  условия  здесь  надо  понимать   как  освещение поверхности катода монохраматическим  светом  одной  и  той  же длины волны. Или светом одного и того же спектрального состава.

Рекомендация для Вас - Типология потребителей в соответствии с моделью VALS.

2)  Максимальная  скорость  электронов  покидающих  поверхность  катода  при  внешнем фотоэффекте определяется соотношением:

                  - величина  кванта  энергии  монохроматического  излучения

                    падающего на поверхность катода.

                  - Работа выхода электрона из металла.

3) Скорость фотоэлектронов покидающих  поверхность  катодов  не  зависит  от интенсивности падающего на катод излучения.

   Впервые  обнаружил  внешний  фотоэффект  немецкий   физик   Герц(1887г.). Экспериментируя с открытым им электромагнитным полем. Герц  заметил,  что  в искровом  промежутке  приемного  контура   искра,   обнаруживающая   наличие электрических колебаний в контуре проскакивает при  прочих  равных  условиях легче в том случае если на искровой  промежуток  падает  свет  от  искрового разряда в генераторном контуре.  В 1881 году Эдисон  впервые  обнаружил  явление  термоэлектронной  эмиссии. Проводя различные эксперименты с угольными лампами накаливания, он  построил лампу  содержащую  в  вакууме,  кроме  угольной  нити,   еще   металлическую пластинку А от которой был выведен проводник Р. Если соединить провод  через гальванометр с положительным концом нити, то через  гальванометр  идет  ток, если соединить с отрицательным, то ток не обнаруживается. Это  явление  было названо  эффектом  Эдисона.  Явление  испускания   электронов   раскаленными металлами  и  другими  телами  в   вакууме   или   в   газе   было   названо термоэлектронной эмиссией.