Проводниковые материалы. невыполненные (1). Задача 1 Вычиcлить собственную концентрацию носителей заряда в кремнии при

• Название: Задача 1 Вычиcлить собственную концентрацию носителей заряда в кремнии при
• Анкор: Проводниковые материалы
• Дата: 27.04.2022
• Размер: 39.87 Kb.
• Имя файла: невыполненные (1).docx
• Тип: Задача; #500319

Задания

3. Задачи контрольного задания

3.1 Проводниковые материалы

Задача № 3.1.6

Определить температуру, до которой нагреется алюминиевый провод сечением 15 мм², длиной 1000 м, если по нему течет ток 40А и падает напряжение 225 В.
3.2 Полупроводниковые материалы
Задача № 3.2.1

Вычиcлить собственную концентрацию носителей заряда в кремнии при

Т=300 К, если ширина его запрещенной зоны ΔW=1,12 эВ, а эффективные

массы плотности соcтояний m_c=1,05m₀, m_v=0,56m₀.
Задача № 3.2.12

Объясните, почему при одинаковом содержании легирующих примесей поликристаллический кремний обладает гораздо более высоким удельным сопротивлением, чем монокристаллический материал.
3.3 Диэлектрические материалы
Задача № 3.3.12

Почему электрическая прочность твердых диэлектриков больше, чем жидких, а жидких - больше, чем газообразных?
Задача № 3.3.17

Для трех диэлектрических материалов при испытаниях в однородном электрическом поле получены приведенные на рисунке 3 зависимости пробивного напряжения от толщины. Построить (качественно) в одной системе координат зависимости электрической прочности этих материалов от толщины.



Рисунок 3

Задача № 3.1.6

Определить температуру, до которой нагреется алюминиевый провод сечением 15 мм², длиной 1000 м, если по нему течет ток 40А и падает напряжение 225 В.

Дано: S = 15 мм2 = 1,5*10-5 м2 l = 1000 м I = 40 А U = 225 В ρ = 2,7*10-8 Ом*м (удельное электрическое сопротивление алюминия из справочника) α = 4,2*10-3 К-1 (температурный коэффициент удельного сопротивления алюминия при 20 оС из справочника)	Решение: Закон Ома: (1) Зависимость сопротивления от длины, сечения, материала проводника: (2) Зависимость сопротивления от изменения температуры: (3) Из формулы (1) находим R: Из формылы (2) находим: Из формулы (3) выразим Δ t: Ответ:
t0+Δt - ?

Задача № 3.2.1

Вычиcлить собственную концентрацию носителей заряда в кремнии при

Т=300 К, если ширина его запрещенной зоны ΔW=1,12 эВ, а эффективные

массы плотности соcтояний m_c=1,05m₀, m_v=0,56m₀.

Дано: T = 300 K ΔW = 1.12 эВ mc = 1,05 m0 mv = 0,56 m0	Решение: Собственная концентрация носителей заряда: (1) , где - эффективная плотность состояний в зоне проводимости; (2) - эффективная плотность состояний в валентной зоне; (3) По формуле (2) получаем: По формуле (3) получаем: Отсюда следует, что при Т=300 К собственная концентрация: Ответ:
ni - ?

Задача № 3.2.12

Объясните, почему при одинаковом содержании легирующих примесей поликристаллический кремний обладает гораздо более высоким удельным сопротивлением, чем монокристаллический материал.
Ответ:

Удельное сопротивление, это физическая величина, характеризующая способность материала препятствовать прохождению электрического тока.

При одинаковом содержании легирующих примесей остаточное сопротивление, обусловленное рассеянием электронов на статических дефектах что такое статические дефекты? структуры поликристаллического и монокристаллического кремния равны. И почему они равны? Следовательно, удельное сопротивление будет зависеть от сопротивления, обусловленного рассеянием электронов на тепловых колебаниях узлов кристаллической решетки. А так как в поликристаллическом кремнии гораздо больше узлов О какх узлах речь? В чем отличие монокристалла от поли?в кристаллической решетке нежели в монокристаллической, то потери, вызванные рассеянием электронов на тепловых колебаниях узлов, будут больше и удельное сопротивление соответственно то же будет иметь большее значение.

По правилу Маттиссена удельное сопротивление реальных металлов речь о полупроводниках. представляет собой сумму тепловой составляющей и составляющей, обусловленной нетепловыми факторами:



Невразумительный ответ

Задача № 3.3.12

Почему электрическая прочность твердых диэлектриков больше, чем жидких, а жидких - больше, чем газообразных?
Ответ:

Электрическая прочность – это характеристика диэлектрика, минимальная напряженность электрического поля, при которой наступает электрический провой.

Все газы, твердые и жидкие диэлектрики обладают конечной электрической прочностью. Когда напряженность электрического поля превышает электрическую прочность, диэлектрик начинает проводить ток. Изменение электропроводности происходит скачкообразно и часто приводит к разрушению диэлектрика вследствие перегрева. Чем выше температура, тем слабее становятся межмолекулярные связи, и тем больше возможности валентным электронам проникнуть через этот материал. Кроме того, носитель заряда в газе способен без столкновения пролететь большее расстояние и набрать большую скорость и энергию.

К сожалению, ответа на вопрос в этой информации нет.

Задача № 3.3.17

Для трех диэлектрических материалов при испытаниях в однородном электрическом поле получены приведенные на рисунке 3 зависимости пробивного напряжения от толщины. Построить (качественно) в одной системе координат зависимости электрической прочности этих материалов от толщины.



Рисунок 3

Решение:

Как видно из рисунка 3 величина пробивного напряжения прямо пропорционально зависит от толщины, т.е. линейная зависимость.

Известно, что электрическая прочность диэлектрика в однородном электрическом поле (напряженность электрического поля при пробое) определяется отношением пробивного напряжения U_пр к толщине диэлектрика h (или расстоянию между электродами),

Е_пр = U_пр / h , соответственно U_пр = Е_пр *h

Напряженность электрического поля при пробое Е_пр не зависит от толщины и поэтому характеризует электрическую прочность материала диэлектрика (зависит от параметров диэлектрика и окружающей среды).

Следовательно, зависимость будет выглядеть следующим образом:



Рисунок 4

При этом чем круче прямая на рисунке 3, тем выше величина электрической прочности (т.е. Е_пр1 > Е_пр2 > Е_пр3).

Ответ: электрическая прочность материала не зависит от толщины.