Головна Головна -> Реферати українською -> Технічні науки -> Електричний струм та рівняння неперервності. Поняття рухливості носіїв вільного заряду.

Електричний струм та рівняння неперервності. Поняття рухливості носіїв вільного заряду.

Назва:
Електричний струм та рівняння неперервності. Поняття рухливості носіїв вільного заряду.
Тип:
Реферат
Мова:
Українська
Розмiр:
3,57 KB
Завантажень:
323
Оцінка:
 
поточна оцінка 5.0


Скачати цю роботу безкоштовно
Пролистати роботу: 1  2 
Реферат на тему:
Електричний струм та рівняння неперервності. Поняття рухливості носіїв вільного заряду.


Сучасні електротехніка та електроніка використовують різні методи управління електричним струмом. Тому поняття електричного струму лежить в основі усіх дисциплін електротехнічного напрямку. Електричний струм пов'язаний з напрямленим рухом електричного заряду, характеризується вектором густинии струму:
J=QV=qNV (1)
де Q - заряд, що приходиться на одиницю об'єму, V - середня швидкість зарядів, q - заряд електрона, N - концентрація носіїв заряду (кількість зарядів в одиниці об'єму). Рисунок 1 пояснює цю формулу. В якості одиниці об'єму взято 1 см3. Оскільки напівпровідникові прилади та мікросхеми невеликі, в якості одиниці довжини в твердотільній електроніці використовують сантиметр та мікрометр (1 мкм=10-4см=10-6 м) та порівняно рідко використовують метр.
При розгляді руху зарядів, поряд з законом збереження енергії, необхідно враховувати і закон збереження електричного заряду. В інтегральній формі цей закон можна записати в наступному виді:
)
де с - густина заряду.
З цього рівняння випливає, що, якщо об'єм електронейтральний, то скільки в нього втікає зарядів одного знаку, стольки ж і витікає. З другої сторони, якщо струм через замкнуту поверхню равний нулю, то заряди всередині цієї поверхні можуть народжуватись та зникати тільки парами (додатніх зарядів повинно народитись або зникнути рівно стільки, скільки народилось чи зникло додатніх зарядів).
Використовуючи теорему Остроградського-Гауса, попереднє рівняння (2) можно переписати у виді:
,)
звідки в диференційній формі отримаємо рівняння, яке прийнято називати рівнянням неперервності:
)
Це одне з основних рівнянь, яким користуються при аналізі струмів у напівпровідникових матеріалах та приладах.
Поняття рухливості носіїв вільного заряду.
Використовуючи середню швидкість носія заряду, мы можемо ввести поняття його рухливості м, як коефіцієнта пропорційності між середньою швидкістю V та напруженністю електричного поля E:
V=мE.)
Як видно з (5), розмірність рухливості [cm2/(Вc)].
Співвідношення (5) лежить в основі диференційного закону Ома, який встановлює пропорційність між густиною струму через взірець та напруженністю електричного поля в ньому.
.)
Якщо б у твердому тілі носії заряду не тратили своєї енергії при зіткненнях, то ці носії заряду розганялися б (розігрівались) електричним полем до дуже високих енергій і формула (6) не виконувалась б. Дійсно, у високому вакуумі заряджена частинка в постійному полі рухається рівноприскорено. Схема, що наведена нижче (на рис.1), показує зміну швидкості електрона у взірці металу чи напівпровідника, до якого прикладена напруга і пояснює фізичний зміст рухливості.
Рис. 1. Діаграма, яка пояснює рух електрона в твердому тілі.
Як видно з рисунку, середня швидкість і, відповідно, рухливість тим є вищою, чим є більшою довжина вільного пробігу і чим є меншою ефективна маса носіїв заряду (зменшення ефективної маси викликає збільшення нахилу ліній на рисунку).
Нехай між зіткненнями електронів проходить час ф, тоді в електричному полі E він набере швидкість:
, (7)
де ф - середній час вільного пробігу, a - прискорення, F - сила, що діє на електрон в електричному полі, m - ефективна маса носія заряду. Порівнявши (2) та (3), отримаємо:
(8)
Виведення формули (8): (див. докладне виведення в книзі Киреева П.С. "Физика полупроводников". М. ВШ. 1969, стор.12).
Якщо прийняти нормовану функці розподілу часу вільного щ(t) пробігу у виді експоненти:
(8а)
Рухливість - одна з основних характеристик носіїв заряду, які створюють струм. Дійсно, допустимо, що електричний струм створюється, в основному, електронами, як в металі. Тоді, використовуючи закон Ома, який пов'язує густину електронного струму з електропровідністю матеріалу n та напруженністю електричного поля E. Використовуючи (1), можна записати:
, (9)
тобто електропровідність матеріалу визначається концентрацією в ньому вільних носіїв та їх рухливістю. Тому, якщо з будь-яких причин зміниться концентрація носіїв чи їх рухливість, то це проявлятиметься в зміні електропровідності матеріалу і, відповідно, струму провідності (деколи його називають дрейфовим струмом), якщо до взірця прикладена напруга.

Завантажити цю роботу безкоштовно
Пролистати роботу: 1  2 



Реферат на тему: Електричний струм та рівняння неперервності. Поняття рухливості носіїв вільного заряду.

BR.com.ua © 1999-2017 | Реклама на сайті | Умови використання | Зворотній зв'язок