Test 20. 10. Flashcards
Typy látek dle vodivosti el. proudu
Vodiče-vedou dobře el. proud
Nevodiče (izolanty)-nevedou el. proud
Polovodiče-neřadí se mezi typické vodiče ani nevodiče
Typické polovodiče
Si; Ge; Se; C; GaAs
Vlastní polovodiče
-Čisté polovodiče (bez příměsy)
-vlastní vodivost; měrný odpor závisí na teplotě a osvětlení
-Použití-Termistory (polovodičové součástky)->odpor závisí na teplotě
-Měřící a regulační technika
Elektrický proud v polovodičích
uspořádaný pohyb volných elektronů a děr
Jak vznikají díry ve vlastních polovodičích
V celé struktuře Si tedy neexistují žádné volné elektrony (jen absolutní 0)
->při pokojových teplotách se slabě vázané valenční elektrony uvolní->
Na jejich místě pak vznikne oblast s nedostatkem záporného náboje (tzv. díra)
Fotorezistor
-Pár elektron –díra může být generová i světlem
-odpor závisí na intenzitě osvětlení->Měřící a regulační technika
Nevlastní polovodiče
-řízeně „znečištěné“ (dotované) jistými příměsemi (příměsové polovodiče)
prostě se tam hodí atom jiného prvku
-Z příměsových polovodičů vyrábíme důležité elektrotechnické součástky, mj. diodu a tranzistor
Polovodiče typu N (negativní)
-Obsahují pětivazný atom (P, As)
-4 elektrony do mřížky, 5. elektron se odtrhne (->volný elektron)
=>Vodivost příměsového polovodiče je proto vyšší než vlastního
Polovodiče typu P (pozitivní)
-Obsahují trojvazný atom (B, In)
-3 valenční elektrony do mřížky, místo 4. elektronu vzniká díra
=>I v tomto případě je vodivost příměsového polovodiče vyšší
Polovodičová dioda
- polovodiče typu P aN
- mezi nimi je tzv. přechod PN-oblast bez volného náboje, neboť díry se zde zrekombinovaly
s volnými elektrony
-Připojíme–li P na kladnou svorku zdroje aN na svorku zápornou, dají se elektrony a díry do pohybu směrem k PN přechodu a ten se objemově zmenšuje
-apětí cca 0,5V- PN přechod zanik=> dioda se otevírá + vede el. proud (propustný směr)
Jak funguje dioda
-Připojíme–li P na kladnou svorku zdroje aN na svorku zápornou, dají se elektrony a díry do pohybu směrem k PN přechodu a ten se objemově zmenšuje
-Napětí (U) cca 0,5V- PN přechod zanik=> dioda se otevírá + vede el. proud (propustný směr)
-zapojení v opačném směru->zvětšování PN přechodu->ZÁVĚRNÝ SMĚR
Druhy diod
-Usměrňovací
-Zenerova (stabilizační) dioda-otevření i v propustném směru-> I se mění, ale U je konstantní (Světelná dioda (LED dioda))
-Fotodioda=zdroj napětí
-předchůdce diod=vakuové elektronky
Tranzistor
polovodičová součástka se dvěma PN přechody a třemi vývody
Druhy tranzistorů
-Tranzistor PNP; Tranzistor NPN
-oba mohou být elektrický spínačem
-Narozdíl od mechanického spínače se však tranzistor otevírá plynule (třeba na50%),
čehož lze využít při konstrukci zesilovače
-Gigavynález 20. století (nahradil energeticky náročné a poruchové elektronky)
-Využití-sdělovací technika, automatizace, elektronika, výpočetní technika,…
-Výroba-jako diskrétní součástky, součástí integrovaných obvodů (IO)
Elektrické vlastnosti kapalin
-poměrně dobré izolanty
-v H2O-rozpuštění soli/kyseliny/zásady=> ELEKTROLYT (dobrý vodič el. proudu)
(molekuly H2O jsou polární=>schopnost disociace na ionty)
Disociace
=rozklad molekul na ionty (H2SO4->(H2+)+(SO4-))
Elektrolýza
dvě vodivá tělesa (elektrody) do H2O=>ionty-uspořádaný pohyb=>elektrolytem teče proud
-připojená ke zdroji napětí -kladné kationty kzáporné katodě a záporné
anionty ke kladné anodě
-ionty na elektrodu-snaha o chem. reakci s 1) s elektrodou 2) s elektrolytem 3) vykondenzují
Odpor elektrolytu
Značka: R=Ω·m
Elektrický odpor elektrolytu závisí na:
1) Vzdálenosti elektrod (l)
2) obsahu kolmého průřezu elektrod (S)
3) materiálu (měrný elektrický odpor, ne hustota!) (ρ)
Rozkladné napětí
=napětí, které vznikne mezi dvěma různými prvky, z nichž jsou tvořeny elektrody
-elektrody-stejný materiál => U(r)=0
-značka U(r)
-Elektrolýza závisí na napětí zdroje (Napětí musí disociovat látky, až potom může obvodem procházet proud)
-určení z Ohmova zákona (I=U-U(r)/R
VA charakteristika elektrolytu
V elektrolytu platí Ohmův zákon, s výjimkou oblasti mezi 0V a napětím Ur.
Příklady elektrolýzy
Elektrolýza roztoku modré skalice (pokovování)
–Anoda se rozpouští, ionty mědi přecházejí do roztoku a jsou transportovány na katodu, kde se vylučují jako čistý kov (pokovování).
–Volné elektrony převede zdroj z anody na katodu.
Elektrolýza vody
–Na katodě se vylučuje vodík a na anodě zase kyslík vzniklý reakcí vody a síranového aniontu.
–Objemy obou plynů jsou vpoměru 2 : 1
Faradayovy zákony elektrolýzy
Hmotnost vyloučené látky (m) určíme pomocí 1.Faradayova zákona elektrolýzy.
–m =AQ, [A]=kg.C-1
–(A -elektrochemický ekvivalent; Q –prošlý el. náboj)
Elektrochemický ekvivalent A pak počítáme z 2.Faradayova zákona elektrolýzy
Využití elektrolýzy
Výroba hliníku, sodíku, chlóru, vodíku atd.
Galvanoplastika
=elektrolytický způsob výroby kovových povlaků silných i několik mm
X galvanostegie-kovové povlaky silné pouze setiny mm
-využití- tvorba protetických náhrad, gramofonové desky
Ochrana před korozí
Koroze=elektrochemická reakce (oxidace-vzdušný O2 a vlhkost)
-Kovové součástky se při styku s vodou stávají miniaturními galvanickými
mikročlánky, které způsobují elektrolýzu
=>Kov tvořící anodu se vlivem této elektrolýzy znehodnocuje
Ochrana-povrchové nátěry;Pozinkováním ocelových součástí (např. okapy, drátěné pletivo)
Galvanické leptání
Kovová deska se pokryje nevodivou vrstvičkou, do které se vyryje požadovaný obrazec. Deska se pak použije jako elektroda ponořená do vhodného elektrolytu. Průchodem proudu dojde k odstranění (vyleptání) kovu jen na nepokrytých místech.
Galvanické články
proud vyvolává změny na elektrodách či v elektrolytu
-tyto změny mohou generovat el. proud
=>ve zdrojích elektrického napětí zvaných galvanické články
Jak funguje galvanický článek
Ponoříme–li do elektrolytu elektrodu, tak se její materiál začne rozpouštět, ionty přecházejí do roztoku, ale volné elektrony v kovu zůstávají
=>Elektroda tak získá určitý elektrický potenciál (fí)1
Ponoříme–li do elektrolytu druhou elektrodu, bude se rozpouštět více anebo, takže její potenciál bude jiný ==> napětí mezi elektrodami =PRIMÁRNÍ GALVANICKÝ ČLÁNEK
=>spojení obou elektrod-> vedení el. proudu
Odebírání proudu z GČ-> elektrolýza a elektrody se pokryjí jejími produkty (tzv. polarizace elektrod), které tvoří rovněž galvanický článek, jenž snižuje napětí článku původního
-depolizátor-látka, která tyto produkty odstraňuje (např. vodík oxiduje na vodu)
Alkalické články
=nyní nejpoužívanější článek
záporná elektroda: lisovaný práškový zinek
kladná elektroda: burel (MnO2)+grafit
elektrolyt: KOH v gelu
Palivový článek
Anoda: vodík, methan, methanolanebo roztok glukózy
Katoda: oxidační činidlo (O2)
Elektrolyt: kyseliny (H3PO4) nebo zásady (KOH)
palivo“ slučuje skyslíkem, přičemž energii nezískáváme ve formě tepelné ale elektrické
Využití
–v budoucnosti snad zdroj energie pro automobily, notebooky, mobilní telefony
Sekundární galvanické články (akumulátory)
lze je znovu dobít
nejběžnější=olověný
Spojování článků
napětí akumulátoru igalvanického článku je relativně nízké, spojujeme je sériově, takže se jejich napětí sčítá ==>akumulátorová baterie/baterie galvanických článků
Vedení el. proudu v plynech
-Čisté suché plyny (např.vzduch)-nevedou el. proud (dobrý izolant)
-ionizační činidla (ionizátory)-> štěpení neutrálních molekul-> tvorba aniontů, kationtů a volných elektronů
Ionizátory
Dodávají energii molekulám plynu->rozdělení na nabité ionty
Působení ionizátoru tak zvyšuje vodivost plynu
-Ionizační záření-RTG; UV; Gama (radioaktivní látky vytvořené člověkem)
-Teplo (Ionizačním činidlem může být itěleso o vysoké teplotě)
Ionizační záření
RTG; UV; Gama
radioaktivní látky vytvořené člověkem
může přicházet z vesmíru-kosmické záření/sluneční vítr
využití- Rentgenky; UV zářivky
El. proud v plynech
=uspořádaný pohyb kationtů, aniontů a volných elektronů
Elektrický výboj
světelný či zvukový efekt
1. samostatný-k vedení proudu není potřeba ionizátor
2. nesamostatný –po ukončení působení ionizátoru plyn nevede el. proud
Elektrický výboj za atmosférického tlaku
–obloukový výboj
–jiskrový výboj
–koróna
Elektrický výboj za sníženého tlaku
–doutnavý výboj
Obloukový výboj
- C elektrody -> připojení na zdroj nízého napětí (schopen dodávat vysoké proudy I>10mA)
- Vzájemné dotknutí elektrod-> protéká zkratový proud (zahřátí místa kontaktu)
- Oddálení elektrod-> zapálení obloukového výboje (vysoká teplota+oslnivě bílé světlo)
Využití obloukového náboje
Svařování
Osvětlování (vysokotlaká výbojka (xenonová), obloukové lampy)
Oblouková pec
Nebezpečnost el. oblouku
pokud se přiblížíme, může nás i tak zasáhnout
vážné následky
pokud člověk přežije, pravděpodobně mu budou amputovat spálené končetiny
Jiskrový výboj
Vznik
1) intenzita elektrického pole mezi elektrodami přesáhne jistou kritickou mez (3MV/m)
2) zdroj není schopen trvale dodávat elektrický proud (např. kondenzátor)
-přeskok jiskry=zvukový efekt
Využití jiskrového výboje
–zapalovací svíčky zážehových spalovacích motorů
-Mohutným elektrickým výbojem je i blesk
Koróna
vzniká v nehomogenním elektrickém poli okolo drátů, hran a hrotů svysokým potenciálem
Doutnavý výboj
-ve výbojových trubicích se dvěma elektrodami, tlak=100 Pa
-malé proudy; chladné elektrody
Využití doutnavého náboje
Doutnavky-krátké výbojky plněné neonem (U=80-150 V); dříve-kontrolky
UV zářivka-Doutnavý výboj v parách rtuti (0,6 Pa)-> UV záření->pokrytí stěn trubice LUMINOFOREM-> zářivka=zdroj viditelného světla
Zářivka
-potřebují STARTÉR- v něm bimetal+cívka
-po nažhavení elektrod zapálí výboj vysokonapěťovým pulsem
Úsporné zářivky
=Tzv. kompaktní zářivky
-plně elektronický startér-v patici shodné s paticí žárovky
Polární záře
-doutnavý výboj
-cca 100 km nad povrchem Země
-interakce nabitých částic ze Slunce (slunečního větru) s atmosférou
Elektrický proud ve vakuu
=pouze “vstříknutím elektronů” do vakua->schopnost vést el. proud
Katodová trubice
Termoemise-zdroj elektronů=katoda žhavená elektrickým proudem->vyletovaní e- do vakua
Katodové záření- jak funguje
=proud elektronů mezi elektrodami
připojení trubici na zdroj vysokého U->vytvoření silného elektrického pole mezi elektrodami, => pohyb elektronů směrem k anodě
Katodové záření-účinky
–světelné (určité látky při dopadu elektronů světélkují)–tepelné (elektrony zahřívají látku, na níž dopadají)
–mechanické (elektrony jako pohybující se hmotné částice roztočí „mlýnek“)
–chemické (elektrony mohou např. exponovat fotografický materiál)
–dopadne–li katodové záření na anodu z těžkého kovu, vyvolá rentgenové záření
Vliv mag. pole
ovlivňuje pohyb elektronů ve vakuu (stejně jako el. pole)
Využití:
–CRT televize
–při sváření elektronovým paprskem
–v elektronovém mikroskopu aj.
