Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники (1972) (1095872), страница 2
Текст из файла (страница 2)
поля. Поле называется о д н о р о д н ы и, если во всех точках его векторы напряженности равны друг другу. Примером может служить электрическое поле между параллельными пластинами (рис. 1-1) в области, достаточно удаленной от краев пластин. .и-2. Эпектркчеекое напряжение. Потенциал Допустим, что пробный положительный заряд д переместился в однородном электрическом поле под действием сил этого поля из точки М в точку Н на расстояние 1 (рис. 1-2) в направлении поля. Совершенная при этом силами поля работа за счет потенциальной энергии поля равна: -и — и А=Рг, ~м- «- а« или, приняв во внимание (1-1), А = » 1 = м4 (1 2) Рис.
1-2. перемегдение Величина, ойРеделЯемаЯ отноше- д'."'+Ри"в"од'„',родР.',, нием работы по перемещению заряда поле. д между двумя точками поля к величине заряда, называется электрическим н н- и р я ж е н и е м г между указанными точками М н Н. Следовательно, напряжение 0 = А/г). Таким образом, напряжение между двумя точками численно раино работе сил поля при перемещении между згпими точками положигпельного единичного заряда.
Так как работа А = дф, то напряжение У=А1ч=йч()у=И. (1-3) В Международной системе единиц СИ приняты единицы: длины — метр (м); массы — килограмм (кг); времени— г.» Е|; ... '— - ° (н» г е- — »тьггне»И: « те обычно вместо термина «»лентрнческое напряжение» применявг рмин «напряжение». электрического заряда — кулон (Кл); электрического напряжения — вольт (В). Из выражения (1-3) следует 1В =1 Дж/1 Кл. Напряженность электрического поля согласно (1-3) определяется выражением к=и)1, (1-4) откуда напряженность поля измеряется в вольтах на метр !8 ) = В!м. Напряжение между данной точкой М электрического поля н другой произвольно выбранной точкой поля, потенциал которой условно принят равным нулю, называется п о т е н ц и а л о м ~р данной точки поля.
Часто потенциал любой точки земли считают равным нулю. Потенциал численно равен работе, которая может бьапь соверигена силами электрического поля при перемещении положительного единичного заряда из данной точки поля в точку, потенциал которой принят равным нулю. При перемещении единичного положительного заряда из точки М, имеющей потенциал ~рм, в точку О с потенциалом цн работа, производимая силами поля, т. е.
напряжение между указанными точками равно разности потенциалов 0мн = Чм — фн (1-5) т. е. напряжение между двумя точками электрического поля равно разности потенциалов этих тЪык. Потенциал измеряется в вольтах, т. е. тех же единицах, что и напряжение. $-3. Эпеитропроводиость Атомы химических элементов, входящих в состав любого вешества, состоят из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Атомы обычно электрически нейтральны, так как заряд ядра равен сумме зарядов окружающих его электронов. Если от нейтрального атома (молекулы) отделяется электрон, то атом превращается в положительный ион, Отделившийся от атома электрон присоединяется к другому нейтральному атому, образуя отрицательный ион, или остается свободным.
Такие свободные электроны называют ю э л е к т р о н а м н и р о в о д и и о с т н, а процесс обра1 зования ионов — н о н и з а ц н е й. Количество свободных электронов или ионов в единице объема вещества называется концентрацией носителей электр'кческого заряда (и).
В веществе, помещенном в электрическом поле, под действием сил поля возникает направленное движение электронов проводимости или ионов, называемое э л е к т р ич е с к и м т о к о м. Свойство вещества создавать электрический ток под действием электрического поля называется электропроводностью вещества. Степень электропроводности оценивается удельной э л е к т р ической проводимостью материала (см. З 23). Электрическая проводимость вещества (тела) зависит от концентрации носителей заряда, При высокой концентрации проводимость вещества больше, чем при малой. Все вещества в зависимости от электрической проводимости делятся на и р о в о д н и к и, д и э л е к т р н к и (элсктронзоляционные материалы» и п о л у п р о в о д н и к и.
Проводники обладают высокой проводимостью, к ним относятся металлы и их сплавы, уголь, электролиты (водные растворы солей, кислоты щелочей) и расплавы. Диэлектрики, наоборот, обладают ничтожной проводимостью. К ним относятся газы, минеральные масла, лаки и большое число твердых неметаллических тел. Полупроводники обладают промежуточной проводимостью между проводниками и диэлектриками. К ним относятся такие металлы, как кремний, германий, селен, окислы металлов и др. Каждый электрон в атоме может обладать только определенными значениями энергии, т.
е. находиться только в Разрешенных энергетических состояниях или уровнях, так как изменение энергии электрона может происходить только определенными порциями — к в а н т а м и. Переход электрона на более высокий энергетический уровень, т. е. на более удаленную орбиту, требует затраты энергии на преодоление притяжения электрона к ядру. Таким образом, более удаленные от ядра электроны обладают большими энергиями. Переход электрона на более низкий уровень сопровождается излучением энергии атомом.
В твердых веществах, образованных совокупностью атомов* вследствие взаимного влияния соседних атомов энергетические уровни несколько изменяются, образуя э н е рг е т и ч е с к и е з о и ы. Эти зоны отделяются областями, 11 и которых электроны не могут находиться, называемыми запрещенными зонами. Энергетические зоны, соответствующие разрешенным уровням, делятся на заполненную и свободную. Для возникновения электропроводности необходимо части электронов заполненной зоны перейти в свободную зону. Возможность такого перехода определяется шириной запрещенной зоны, пропорциональной энергии, которую необходимо затратить для указанного перехода электронов. Различие электрической проводимости проводников, полупроводников и диэлектриков вызывается особенностями их строения.
Согласно нонной теории твердого тела у металлических проводников высокая электрическая прово- вВ~ ййй1 а) Рнс. 1-3. Энергетические уровни. а — проводник; б — днзлзкзрнк; з — полупровадвкк; З вЂ” сво боднал зона; 2 — аапрощоппак зона; з — заполквкнак зона. димость обусловливается тем, что заполненная зона вплотную прилегает к свободной зоне (рис. 1-3, а). Вследствие этого электроны в металле могут переходить с уровней заполненной зоны на уровни свободной зоны. Иначе говоря, электроны могут с менее удаленных от ядра орбит переходить на более удаленные орбиты или покидать пределы атома проводника, становясь свободными. Легко возникающая значительная концентрация электронов и обеспечивает большую электрическую проводимость проводников.
При электрическом напряжении, приложенном к концам металлического проводника, в нем возникает электрическое поле. Под влиянием снл этого поля движение свободных электронов упорядочивается, и они дрейфу|от в направлении, противоположном направлению поля (так как имеют отрицательный заряд), т.
е. в проводнике возникает электрический ток. Если у данного вещества свободная зона отделена от заполненной (рнс. 1-3, б) достаточно широкой запрещенной зш1ой то последняя делает практически невозможным переход электронов в свободную зону. Таким образом, как концентрация свободных электронов, так и проводимость вещества будут ничтожно малы н, следовательно, это будет диэлектрик. У полупроводников ширина запрещенной зоны значительно уже, чем у диэлектриков (рис. 1-3, в). Следовательно, для перехода электронов в свободную зону требуется небольшое возбуждение, например за счет усиления теплового движения атомов при повышении температуры, в связи с чем полупроводники обладают проводимостью, имеющей промежуточное значение между проводимостью проводников и диэлектриков.
Проводники, в которых электрический ток создается перемещением одних электронов, называются п р о в о дниками с электронной проводимостью или проводниками первого рода. Основными представителями их являются металлы и их сплавы. Проводники, в которых электрический ток создается перемещением положительных и отрицательных ионов, называются п р о води и к ам и с и о н иой проводим о с т ь ю или проводниками второго рода — это электролиты, к которым относятся водные растворы кислот, солей и щелочей. 4-4. Электрическая емкость. Конденсаторы Система из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, представляет собой э л е к т р и ч еский конденсатор. Примерами естественных конденсаторов могут служить два провода электрической сети, две жилы кабеля, жила Рнс. 1-4. Условные оаонначеннн конденсаторов..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
