南师附中物理竞赛讲义126物质的导电性t

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1、12.6物质的导电性一、金属导电1、电流强度的微观表达式在加有电压的一•段粗细均匀的导体AD上选取截而C,设导体的横截而积为S。导体每单位体积内的自由电子数为弘每个电子的电荷量为£,电荷的定向移动速率为卩在时间/内，处于相距为vt的两截面3、C间的所有白由电荷将通过截面C。在时间/内通过导体某截面的电量为：Q=(wS)ne形成的电流为：I=Q/t=neSv二、液体导电1、液体金属导电少金属导电类似2、溶液导电法拉第电解定律(参考黑皮的讲解)三、气体导电1一-般情况下，气体不导电。2、气体导电分自激放电和被激放电。被激放电是指有具他物质作为电离剂促使空气电离。自激放电是由于碰撞

2、产生离了，离子在强电场中高速运动，将其它气体分子撞散，产生新的离子，从而发住类似核裂变的连锁反应。自激放电包括：(1)辉光放电：空气稀薄，分子间距大，离子动能人，易碰撞产主新的离子。(2)火花放电：由于电场非常大，离子动能大，易碰撞产生新的离子。(3)弧光放电：由于温度高，离子动能大，易碰撞产牛新的离子。(4)电晕放电：原理与火花放电类似，也是电场很强。但火花放电是两个带电体ZI'可的，而电晕放电是一个高电压导体表面进行放电，电流较小。四、半导体1、半导体的导电性能介于导体和绝缘体Z间。纯净的半导体经常山硅品体制成。半导体通常具冇热敏和光敏特性，即温度升高，电阻率减小，光线照

3、射，电阻率减小2、半导体的掺朵掺入三价硼，缺少电子，形成空穴。(P型半导体)掺入五价磷，多余白由电子。(N型半导体)空穴利口由电子均可导电(载流子)，增强了半导体的导电性。3、二极管一个半导体左右掺入不同杂质，一边为P型，另一边为N型。在中间的结合部会形成“PN结”。空间电荷区OOOOOOOOiooo&aP区—内电场“区平勳状态下的PN结1空间电荷片OOoOOJ»oOb«lObbaebOOoOc0*®OeOeOAP区—内电场“区—外电场nII-—征向电压PN结外加正向电压时导通040000OOOOOOOOoooddebkbb—空间电荷区—HOOOOOOOOOOOOOOOOOO

4、OOOOOO1—p区—内电场—外电场

5、

6、XN区'I—哌向电压PN结外加反向电压时截止在中间，左右的空穴和白由电子进行复合，从而形成无载流子的“空间电荷区二因此,可以看成中间变为绝缘体。在二极管两端加电场：⑴P连止极，N连负极。左边提供正电荷，右边提供负电荷，使空间电荷区变窄甚至消失。此时二极管处于导通状态(2)P连负极，N连正极。左边提供负电荷，右边提供正电荷，使空间电荷区变宽。此时二极管处于截止状态综上所述，二极管具有单向导通性。4、二极管的伏安特性曲线：*5、三极管三极管具有电流放大的作用。三极管分为PNP和NPN两种。木质相同，仅电流方向不同。中间的叫基极b,很薄，掺杂

7、浓度低。—*端叫发射极e,掺杂浓度很高。另一端叫集电极Co工作原理：发射极提供大最载流子，很少一部分与基极的异种载流子复合,形成很小的基极电流大部分进入集电极，形成较大电流乙。从而实现了电流放大的作用。例1•如图所示电路中，二极管D导通时电阻为零，电源内阻不计，电动势分别为£i=20V,£2=60V.电阻Ri=10kQ,Z?2=20kQ,R=5kQ.试求通过二极管的电流强度.iom二20F；!5K1图11-1【解析】原电路对化为卜图所示电路，则曲基尔崔夫定律对得:n(1)-20+10x]O3x/2=60-/x20x103(2)-5x103x/1+60-20x103/=0(3)

8、图11-2（1）式是0点的节点电流方程，（2）式是虚线框中的回路电压方程，（3）式是整个回路的电压方程•解得：/=-xlOM17此即通过二极管的电流.【总结】当电路中含有二极管时，可先将其公掉，若求得的通过二极管的电流与二极管方向一致，则可不考虑二极管的存在对电路的影响；否则，电流为0（即反向截止）.另外,本题也可求虚线框部分的等势电压源的方法求解，过程如下：根据等效电压源定理，a、b两点间电压为：石+£.20吕）=s——!——-=—V~尺+/?232LDa、b两端的总电阻力:■「£（）nRJr2a0心Tc2(a)(b)由此，图ll-3(a河等效为图11-3(b),二极管导通

9、，流过二极管的电流为：/==-xlO3A.Ro+R7例2•在如图11-4(a)所示电路中，两电容器电容C!=C2=C.两个二极管D

10、、D?皆为理想二极管(正向电阻为零，反向电阻无穷大)，当电源输入电压如图11・4⑹所示的稳定方波时，试分别画出达到稳定状态后L点的电势％和M点的电势UM随时间的变化图像.仲)2T【解析】二极管正向导通时，电阻为零，类似于短路，电容器可被充、放电.而当加反向电压时，反向电阻为无穷大，可以认为断路，则电容器不能充、放电.当电源a为正时，D］导通，D2处于截止,C］被充电，上极带