Dòng điện trong bán dẫn tinh khiết là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron tự do. và lỗ trống[r]
Trang 1I TÓM TẮT KIẾN THỨC
1 Môi trường kim loại
Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các êlectron tự do
Trong chuyển động, các êlectron tự do luôn va chạm với các ion ở nút mạng và truyền một phần động năng cho chúng Sự va chạm này là nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại
Cường độ dòng điện chạy qua một dây dẫn I = neSv
trong đó n : mật độ êlectron tự do
e : điện tích nguyên tốc ( = 1,6.1019
C)
v: vận tốc trung bình của chuyển động có hướng của các e
S : tiết diện dây dẫn
Điện trở dây dẫn :
e
1 l
ne S S
l
trong đó:
e là độ linh động của êlectron tự do trong kim loại làm dây dẫn
: điện trở suất của kim loại (đơn vị m)
+ Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất
0 1 (t t )0
là hệ số nhiệt điện trở (đơn vị k1)
2 Môi trường khí
TÓM TẮT LÝ THUYẾT VÀ VÍ DỤ DÕNG ĐIỆN
TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG KHÁC
Trang 2 Khi cường độ điện trường trong chất khí đủ mạnh thì xảy ra sự ion hóa do va chạm cho số điện tích tự do (ion và êlectron) trong chất khí tăng lên rất nhanh
Tia lửa điện và hồ quang điện là hai dạng phóng điện trong không khí ở điều kiện thường Cơ chế của tia lửa điện là sự ion hóa do va chạm khi cường độ điện trường trong không khí lớn hơn 3.105
V/m
Khi áp suất trong chất khí giảm dưới 103 mmHg thì trong ống phóng điện có tia catốt Đó là dòng êlectron phát ra từ catôt
3 Môi trường chân không
Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron bứt ra từ catốt bị nung nóng
Dòng điện trong chân không chỉ chạy theo một chiều nhất định từ anốt (cực dương) sang catôt (cực âm)
4 Môi trường bán dẫn
Dòng điện trong bán dẫn tinh khiết là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron tự do
và lỗ trống
Có thể pha thêm tạp chất vào bán dẫn tinh khiết để tạo thành bán dẫn loại n (hạt mang điện cơ bản là lỗ trống)
Lớp tiếp xúc giữa hai loại bán dẫn p và n (lớp tiếp xúc p – n) có tính dẫn điện chủ yếu theo một chiều nhất định từ p sang n
Trang 3II MỘT SỐ LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TẬP
III BÀI TẬP
1 Bài tập mẫu
Bài 1 Một dây dẫn bằng đồng, đường kính tiết diện là d = 1mm, có dòng điện cường độ I
= 2A chạy qua Cho biết mật độ êlectron tự do là n = 8,45.1028
êlectron/m3 Hãy tính vận tốc trung bình của các êlectron trong chuyển động có hướng của chúng
Tóm tắt :
d = 1mm = 103m
I = 2A ; e = 1,6.1019C v ?
n = 8,45.1028 êlectron/m3
Bài giải
Ta có cường độ dòng điện I nSve
2 0
v
4
4
1, 9.10 m / s.
2 Bài tập ôn luyện
Bài 1 Đồng có nguyên tử khối 63,5 ; khối lượng riêng 8,9 g/cm3 và điện trở suất 1,6.108 Hãy tính
a) Mật độ êlectron tự do của đồng (coi mỗi nguyên tử đồng giải phóng một êlectron
tự do)
b) Độ linh động của êlectron tự do trong kim loại đồng
Trang 4hóa do va chạm Biết rằng muốn thực hiện được sự ion hóa do va chạm thì êlectron
e
q 1, 6.10 C.
Bài 3 Một dây đồng có điện trở ở 50oC Hỏi điện trở dây ở nhiệt độ 100oC là bao nhiêu Biết hệ số nhiệt điện trở của đồng là 0,004K1
IV HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ ĐÁP SỐ
Bài 1 Tóm tắt :
A = 63,5 ; =1,6.108 m a) n = ?
D = 8,9 g/cm3 = 8,9.106 g/cm3 b) e ?
Bài giải
Xét 1 mol nguyên tử đồng có NA = 6,022.1023
nguyên tử và khối lượng m = 63,5 g
Thể tích của 1 mol nguyên tử là V m.
D
6 3 6
63,5
8, 9.10
Nếu mỗi nguyên tử đồng giải phóng một êlectron tự do thì mật độ êlectron tự do của đồng là
23
28
.
Từ công thức
e
1 ne
Độ linh động của êlectron tự do trong kim loại đồng
ne 1, 6.10 8,5.10 1, 6.10
Trang 5Bài 2 Tóm tắt :
6
5.10 m
; W=2,4.1020J ; q 1, 6.10 19C.
E = ?
Bài giải
Khi êlectron chuyển động trong điện trường thì dưới tác dụng của lực điện trường, êlectron sẽ nhận năng lượng có giá trị bằng W q Es
Giữa hai lần va chạm, êlectron chuyển động được quãng đường
q 1, 6.10 .5.10
Bài 3 Tóm tắt :
o
R 37 ;t 50 C R = ?
t 100 C ; 0, 004K
Bài giải
Có R
S
l ; khi nhiệt độ tăng điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất nên điện trở kim loại cũng tăng theo quy luật
)) (
0 1 α t t
R
Vậy R = 37(1+0,004(10050)) = 44,4