vedení elektrického proudu
Post on 08-Jan-2016
44 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Číslo a název projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0619 OP: Vzdělávání pro konkurenceschopnostZvyšování vzdělanosti pomocí e-prostoru
Název a adresa školy Soukromá střední škola a jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Č. Budějovice, s.r.o., Jeronýmova 28/22,České Budějovice
Kód materiálu Klíčová aktivita III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT
Název materiálu 14. Vedení elektrického proudu
Autor Mgr. Miroslav Dušek
Tematická oblast Fyzika – Elektřina a magnetismus
Anotace Vzdělávací materiál je určen pro Obchodní akademii a Ekonomické lyceum Materiál obsahuje výklad k problematice vedení elektrického proudu v látkách.
Ročník 2.ročník Obchodní akademie, Ekonomické lyceum
Datum tvorby září -říjen 2013
Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora
Vedení elektrického proudu
v kovech, polovodičích, kapalinách a plynech
Vedení proudu v kovech
• Volné elektrony – posun ve vodiči rychlostí mm /s
• Elektrony – volné z atomového obalu • elektrické pole se rozšíří po celé délce
vodiče velkou rychlostí = všechny elektrony ve vodiči se začnou pohybovat současně !!
Vedení proudu v polovodičích• Polovodiče – látky jejichž odpor je mnohem
vyšší než kovů• Je ovlivněn:
a)teplotou, b) světlem, c)příměsí• při zahřátí měrný odpor klesá !• Polovodičové látky (IV.skupina MPTP): křemík,
selen, germanium• Vodivé částice
– a) volné elektrony (elektronová vodivost)
– b) „díry“ + (děrová vodivost)
Vedení proudu v polovodičích
• Čisté polovodiče bez příměsí – vlastní polovodiče
• Příměsové polovodiče (ze III.nebo V.skupiny MPTP) – 1.donory (dárci) elektronová vodivost ( As, At, Pb) – polovodič typu N
• 2.akceptor (příjemce) – děrová vodivost (Al,Ga,In) – polovodič typu P
• 0,001% příměsi zvyšuje vodivost polovodiče tisícinásobně
Polovodič typu P a NVodivost typu N (negativní):V krystalu křemíku jsou některé atomy nahrazeny pětimocnými atomy, např. fosforu nebo arzenu. Jejich čtyři valenční elektrony se účastní vazeb, ale páté se již v chemických vazbách nemohou uplatnit. Jsou velmi slabě vázané a již při nízkých teplotách se z vazeb uvolní. Tyto volné elektrony způsobují po připojení zdroje elektronovou vodivost polovodiče typu N.
Vodivost typu P (pozitivní)::Zabudují-li se do krystalové mřížky křemíku atomy trojmocného prvku se třemi valenčními elektrony, např. india, chybí pro obsazení všech chemických vazeb elektrony. V místě nenasycené vazby vznikne "díra" s kladným nábojem. Tuto "díru" může zaplnit elektron z některé jiné vazby a "díra" se v krystalu přesune na jeho místo. Po připojení zdroje vznikne děrová vodivost polovodiče typu P.
[1]
Fotovoltaický jev• byl objeven v roce 1839 Antoine-César
Becquerelem (1788-1878). Na rozhraní dvou polovodičových materiálů, na něž dopadá světlo, vzniká elektrické napětí. Světlo se skládá z nesčetných drobných nosičů energie, fotonů. Dopadnou-li tyto fotony na solární článek, budou uvolněny elektrony na n-vrstvě a přesouvat se k p-vrstvě křemíkového polovodiče. Tento přesun se nazývá průtok proudu a probíhá vždy od – do +.
Vedení proudu v kapalinách
• Elektrolyty – roztoky nebo taveniny solí kyselin (zásad)
• Rozklad soli na ionty (např. NaCL Na+ Cl-)• Ionty = nabité částice = přenos
elektrického proudu ( odpor kladou molekuly vody – odpor elektrolytu)
• Ionty – putují k elektrodám – záporná – katoda, kladná - anoda
Využití vedení proudu v kapalinách
• Galvanické pokovování – přenos kladných iontů kovu solí kyselin na zápornou elektrodu (Au, Ag, Cu, Zn,…)
• Elektrolýza vody ( Hofmannův přístroj) – rozklad vody na vodík a kyslík průchodem stejnosměrného elektrického proudu.
• Elektrolýza taveniny – získávání kovů z roztavené rudy (Al, Na)
Faradayův zákon elektrolýzy
• Hmotnost látky, která se vyloučí na elektrodě je přímo úměrná velikosti prošlého náboje
• Faradayova konstanta – F=9,648.104 C.mol-1
( Náboj, který vyloučí z roztoku 1mol látky )
1.zákon: m = A.I.t = A.QA…elektrochemický ekvivalent
2.zákon: AM
F zm
.
F .. Faradayova konstantaz…množství nábojeMm..molární hmotnost
Elektrolýza
[2]
Vedení proudu v plynech• Suchý vzduch – dobrý izolant• Ionty (nabité částice, které vznikají kosmickým
zářením či radioaktivitou v zemské kůře) – vodivé částice ve vzduchu
• Ionizátor – UV záření, radioaktivní záření, plamen svíčky,….
• Výboj – způsob vedení proudu v plynu– A) nesamostatný – všechny ionty (vytváří vnější
činitel) se uspořádaně pohybují a další nejsou k dispozici
– B) samostatný – energie iontů je tak vysoká, že sami tvoří další ionty nárazem na molekuly – počet iontů začne lavinovitě narůstat
Voltampérová charakteristika výboje v plynu
I
U0
In
Un Uz
In……nasycený proudUn…..nasycené napětíUz…..zápalné napětí
Rozdělení výbojů• Rozdělení podle tlaku, při kterém vznikají
– A) atmosférický tlak – obloukový, jiskrový, koronový
– B) nízký tlak – doutnavý výboj
• 1. Obloukový výboj – mezi dvěma uhlíkovými elektrodami – elektrody se nejprve dotknou, pak se rozžhaví
proudem a oddálí od sebe – ubývají (udržení oblouku vyřešil Křižík – oblouková lampa)
[3]
• 2. Jiskrový výboj – nejznámější v přírodě - blesk– Nahromadění velkého
množství el.náboje vyvolá ionizaci vzduchu a následné vybití na hrotu bleskosvodu přes bleskový kanál
• Kulový blesk – dosud nevysvětlený přírodní úkaz související s elektrickým výbojem. Objevuje se za bouřky či před ní v podobě svítící koule nízko nad zemí. Pohybuje se pomalu a nepředvídatelně. Trvá až desítky sekund – pak vyhasne nebo exploduje.
[4]
[5]
• 3. Korónový výboj – oheň sv.Eliáše – již od pradávna znali námořníci – před bouřkou na vrcholcích stěžňů či věží
• Vzniká na vodičích vysokého napětí a způsobuje ztráty elektrického napětí
• 4. Doutnavý výboj – v nízkotlakých výbojkách ( skleněné trubice různého tvaru, plněné netečnými plyny za nízkého tlaku
Katoda Anoda
[6]
• Využití doutnavého výboje– 1) Doutnavky
(signální) – tvar žárovky,plněny neonem – kontrola přítomnosti napětí ( např. el.sporák v kuchyni, žehlička apod.)
– 2) Zářivky a reklamní trubice – úsporné zdroje světla – (povrch trubice je pokryt světélkující vrstvou, která je buzena UV zářením výboje) – studené světlo, vyšší účinnost přeměny el.energie na světlo.
[7]
[8]
Použité zdroje:
SVOBODA, Emanuel aj. Přehled středoškolské fyziky. 4. upravené vydání. Praha: Prometheus, 2006. 515 s. ISBN 80-7196-307-0.DOC.ING.IVAN ŠTOLL,CSC. - Fyzika (pro netechnické obory SOŠ a SOU)Prometheus 2007, 260 s. ISBN 978-80-7196-223-6učebnice s doložkou MŠMT čj.1 527/07-23 ze dne 2.4.2007AKADEMIK VLADIMÍR HAJKO, PROF.RNDR.JURAJ DANIEL-SZABO, CSC. - Základy fyzikyVEDA 1983 (Bratislava)
Použité obrázky:[1] polovodiče typu P a N[online]. 3. 9. 2013 [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://www.cez.cz/edee/content/microsites/solarni/obr/polo3.gif [2] Elektrolýza[online]. 3.9.2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://dragonadam.wz.cz/obrazky/elektrolyza_cuso4_c.gif[3] František Křižík[online]. 3.9.2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://www.mestobechyne.cz/customers/bechyne/ftp/www/mesto/osobnosti/krizik.jpg[4] Jiskrový výboj - blesk[online]. 3.9.2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný http://www.aldebaran.cz/astrofyzika/plazma/plasma/blesk.jpg[5] Kulový blesk[online]. 3.9.2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný http://www.aldebaran.cz/astrofyzika/plazma/plasma/blesk.jpg[6] Korónový výboj – oheň sv.Eliáše[online]. 3.9.2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný http://www.projektzare.cz/wp-content/uploads/2012/02/eliasuv-ohen1.jpg[7] Doutnavka [online] 3.9.2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://pokusy.chytrak.cz/schemata/inframenic/doutnavka.jpg[8] Neonová reklamní trubice [online] 3.9.2013. [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://www.neon-reklama.cz/image.axd?picture=slider/bg12.jpg
top related