header_br


Google      




Incursiune in lumea fizicii


Efectul fotoelectric intern








Benzi de energie

Pentru a explica interactiunile din atom au fost introduse patru numere cuantice ce caracterizeaza starile stationare ale electronului in atom:
¤    n - numarul cuantic principal care cuantifica valoarea enrgiei totale, ia valorile 1, 2, 3, 4 ,5 ,6 si 7 ;
¤    l - numarul cuantic orbital cuantifica marimea momentului cinetic orbital ia "n" valori de la 0 pana l a n-1( L=rp=rmv);
¤    m - numarul cuantic magnetic orbital care cuantifica proiectia vectorului moment cinetic pe o directie data, ia 2l+1 valori de la -l , 0 , +l;
¤    ms-numarul cuantic magnetic de spin, defineste proiectia pe o axa a momentului cinetic de spin, ia doua valori ±1/2 .
Intr-un cristal fiecare nivel energetic discret al atomului caracterizat de aceleasi numere cuantice n si l [atomul poate avea 2(2l+1) electroni] se transforma intr-o banda energetica. Notiunea de banda energetica se refera la starea energetica a electronilor dintr-un solid. Banda de energie poate fi:
¤    banda de valenta care provine de la un nivel energetic discret al atomului pe care se afla electronii de valenta;
¤    banda de conductie care este formata din nivelele discrete libere ale atomului, situate deasupra nivelului de valenta al atomului ;
¤     banda interzisa este situata intre banda de valenta si banda de conductie (nu exista nivele energetice pentru electroni. Vezi figura a)

Benzi de energie

Semiconductori


Dupa gradul de ocupare cu electroni a benzilor de energie, corpurile solide se clasifica in:
metale care au deasupra ultimei benzi complet ocupate cu electroni o banda partial ocupata cu electroni;
izolatoare si semiconductoare care deasupra benzii complet ocupate cu electroni au o banda de conductie.
In functie de largimea benzii interzise Eg corpurile solide se clasifica in
izolatoare cand Eg > 3eV=3·1.6·10-19j
semiconductoare cand Eg < 3eV
Intr-un cristal semiconductor (germaniu sau siliciu) fiecare atom contribuie la formarea legaturii covalente - punerea in comun de electroni - cu cei patru electroni de valenta. Fiecare atom este inconjurat, la distante egale, de alti patru atomi. La formarea unei legaturi fiecare atom participa cu cate un electron si astfel toti cei patru electroni de valenta participa la formarea legaturilor covalente. Practic toti electronii sunt legati de nucleele lor, de aceea ar trebui ca semiconductorii sa nu conduca curentul electric. In realitate datorita agitatiei termice exista probalitatea ca electronii periferici sa paraseasca atomii de care apartin si sa devina liberi participand la conductie. Odata cu cresterea temperaturii, concentratia electronilor de conductie creste. Aparitia purtatorilor de sarcina liberi care participa la conductie poate fi explicata si in modelul benzilor energetice. Un rol esential in aparitia purtatorilor de sarcina liberi il au banda de valenta si banda de conductie. Pentru ca un electron sa treaca din banda de valenta in banda de conductie, electronul trebuie sa primeasca o energie mai mare decat largimea benzii interzise Eg (vezi figura b)), energie pe care o primeste fie prin excitare termica (ridicarea temperaturii), fie prin iradiere. Aducerea unui electron in banda de conductie este echivalenta cu aparitia unui electron liber in banda de conductie si formarea unui gol sau a unei stari energetice libere in banda de valenta (in locul ramas liber prin trecerea electronului in banda de conductie). Golul se comporta ca si cand el ar fi o particula cu sarcina electrica pozitiva Daca semiconductorului i se aplica o tensiune electrica , atunci sub actiunea campului electric electonii de conductie se vor deplasa in banda de conductie in sens opus campului electric , iar golurile din banda de valenta se vor deplasa in sensul campului electric. Vezi figura b). In concluzie, in semiconductori pot exista doua tipuri de conductie:
¤ - conductie electronica, determinata de deplasarea electronilor liberi din banda de conductie;
¤ - conductie de goluri, determinata de deplasarea golurilor din banda de valenta.
Daca semiconductorul nu contine impuritati, atunci la conductie participa perechile electron-gol formate prin agitatie termica sau prin iradiere. In acest caz conductia este intrinseca, semiconductorii cu conductie intrinseca se numesc semiconductori intrinseci. In semiconductorii intrinseci generarea este insotita de aparitia perechilor electro-gol, concentratia electonilor liberi no este egala cu concentratia golurilor po

no = po = ni


In cazul semiconductorilor se pot modifica proprietatile electrice prin introducerea controlata de impuritati in reteaua cristalina In functie de natura atomilor de impuritare deosebim:
¤ - Impuritati donoare, sunt atomi pentavalenti care inlocuiesc atomi de baza de siliciu sau de germaniu. Fiecare atom pentavalent se inconjoara echidistant de patru atomi de baza (Si, Ge), cu patru din cei cinci electroni de valenta formeaza covalente cu atomii vecini , iar al cinci-lea electron este donat retelei devenind electron liber care participa la conductie . Atomul pentavalent se transforma in ion pozitiv legat de retea , deci nu participa la conductie . In semiconductorii cu impuritati donoare purtatorii de sarcina majoritari sunt electronii de conductie ( conductie extrinseca de tip n . Din acest motiv semiconductorii cu impuritati donoare sunt numiti semiconductori extrinseci de tip n . Mecanismul conductiei poate fi explicat si in modelul benzilor energetice . Atomii donori dau nivele energetice mai apropiate de banda de conductie . Energia de ionizare a nivelelor donoare este foarte mica , astfel ca electronii pot trece usor de pe nivelul donor in banda de conductie . In urma acestui transfer apare un electron de conductie si un ion pozitiv legat de retea . Vezi figura c).
¤ - Impuritati acceptoare. Cristalul semiconductor este dopat cu impuritati trivalente, fiecare atom trivalent este inconjurat la aceeasi distanta de atomi tetravalenti (Si,Ge), cu cei trei electroni formeaza covalente cu atomi vecini,iar a patra legatura o formeaza acceptand un electron de la un atom de baza al retelei aflat in apropiere. Apare o legatura chimica nesatisfacuta, care este echivalenta cu un gol liber ce participa la conductie, iar atomul acceptor se transforma in ion negativ legat de retea. Aceasta conductie este determinata de golurile pozitive majoritare, de aceea conductia se numeste conductie extrinseca de tip p, iar semiconductorii se numesc semiconductori extrinseci de tip p.

Efectul fotoelectric intern

Daca un semiconductor este iradiat cu radiatie electromagnetica de o anumita lungime de unda, acesta devine bun conducator de electricitate, datorita faptului ca atomii absoarb fotoni si energia fotonilor este folosita la emisia de electroni in interiorul semiconductorului. Fenomenul este cunoscut sub numele de efect fotoelecric intern sau fotoconductibilitate. Sa presupunem ca pe suprafata unui semiconductor cade un fascicul de lumina, daca energia fotonilor absorbiti este (Eg ≤ hν) mai mare sau egala cu largimea benzii interzise atunci un electron din banda de valenta trece in banda de conductie participand la conductie, iar in locul lui in banda de valenta apare un gol liber ce participa si el la conductie. Vezi procesul 2 din figura d). In cazul semiconductorilor intrinseci concentratia electronilor liberi aparuti prin iradiere este egala cu concentratia golurilor. Cand energia fotonilor incidenti este mai mare sau egala cu energia nivelelor donoare (hν ≥ Er), nu toti fotonii incidenti vor genera perechi electron - gol, ci numai o parte, restul vor interactiona cu atomii donori producand electroni liberi in banda de conductie. La fel se intampla si in cazul semiconductorilor impuritati acceptoare, numai ca de data aceasta se genereaza goluri in banda de valenta. Vezi procesul 1 din figura d).

Aplicatii

Prin iradierea cu o radiatie potrivita a unui dispozitiv semiconductor conectat intr-un circuit electric, in circuit apare un curent electric a carui intensitate creste odata cu cresterea fluxului radiatiilor, la aceeasi tensiune electrica aplicata circuitului. Rezulta ca sub actiunea radiatiilor semiconductorul si-a micsorat rezistenta electrica. Dispozitivul semiconductor a carui rezistenta electrica se micsoreaza sub actiunea radiatiilor se numeste fotorezistenta. Fotorezistentele sunt folosite in electronica, ca traductoare de semnale luminoase in semnale elecrice.
    Fotoelemente. Dispozitivul semiconductor cu jonctiune pn in care sub actiunea radiatiilor apare o tensiune electromotoare se numeste fotoelement. Jonctiunea pn este o portiune ingusta dintr-un cristal semiconductor in care are loc trecerea de la o conductie de tip p la o conductie de tip n cand se trece de la o extremitate la alta a portiunii semiconductoare. Jonctiunea pn se poate realiza prin difuzia de impuritati la temperaturi ridicate in cristalul semiconductor. Odata realizata jonctiunea elctronii din regiunea n vor difuza spre regiunea p unde se recombina cu golurile, lasand in urma lor ioni pozitivi legati de retea care formeaza sarcina spatiala pozitiva.
Jonctiunea pn
In acelasi timp golurile vor difuza spre regiunea n unde se recombina cu electronii, lasand in urma lor ioni negativi legati de retea. De-o parte si de alta suprafetei de separare a celor doua regiuni se formeaza o regiune de sarcina spatiala [Vezi figura a)], care genereaza un camp electric intern Ei orientat de la regiunea n spre regiunea p. Campul electric intern Ei se opune trecerii purtatorilor de sarcina majoritari de concentratii nn si pp prin jonctiune. In absenta unei tensiuni exterioare in regiunea de sarcina spatiala ia nastere o bariera de potential Ub. Golurile minoritare din regiunea n de concentratie pn si electronii minoritari din regiunea p cu concentratia np sunt accelerati de campul electric intern Ei in sens opus deplasarii purtatorilor majoritari. La echilibru termic intensitatea curentului electric prin jonctiune este zero in absenta unei tensiuni electrice exterioare. Daca jonctiunii i se aplica o tensiune electrica exterioara U cu plus pe regiunea p si minus pe regiunea n (jonctiunea este polarizata direct), atunci tensiunea stratului de baraj devie Ub-U, [energia electronilor de conductie devine e(Ub-U)]. Odata cu scaderea tensiunii electrice a stratului de baraj, scade campul electric al stratului de baraj care se opune trecerii purtatorilor de sarcina electrica majoritari si creste intensitatea curentului electric din circuit. La polarizarea inversa cu tensiune electrica exterioara U( plus pe regiunea n si minus pe regiunea p ) , tensiunea stratului de baraj devie Ub+U . Intensitatea campului electric intern Ei creste favorizand difuzia purtatorilor minoritari producand un curent cu intensitatea de ordinul microamperilor ( 1μA = 10-6 A ). Procesele descrise au loc la in absenta iluminarii . Daca jonctiunea pn este iluminata [vezi figurile a) si b)] in regiunea n si p sunt generati purtatori de sarcina liberi minoritari electroni si goluri . Golurile minoritare create in regiunea n si electronii minoritari creati in regiunea p sunt favorizati sa difuzeze prin jonctiune de campul electric intern Trecerea golurilor generate prin iradiere din regiunea n in regiunea p si a electronilor din regiunea p in regiunea n va determina o micsorare a intensitatii campului electric intern Ei , deci si a tensiunii electrce cu marimea U ( dela Ub la Ub - U ) . Rezulta ca in jonctiune sub actiunea radiatiilor apare o tensiune electromotoare .
Dispozitivele semiconductoare cu jonctiune pn in care sub actiunea radiatiilor apare o tensiune electromotoare se numesc fotoelemente
Fotoelementele se folosesc la constructia lumenmetrelor care masoara fluxul luminos, a luxmetrelor care masoara iluminarea, a exponometrelor, utilizate in practica fotografica, etc.


Comfort Therm
Orientare





Niels.Bohr hallwachs
Radiatiile ultraviolete continute in arcul electric sunt focalizate, cu ajutorul unei lentile din cuart asupra unei placi de zinc incarcata negativ. Prin iradiere placa de zinc se descarca. Daca se foloseste o lentila de sticla fenomenul nu se mai produce, deoarece sticla absoarbe radiatiile ultraviolete.

Despre Albert Einstein

a.einstein
¤ Actiunile pacifiste ale lui A. Einstein au inceput sa fie privite cu dusmanie de catre nationalisii si militaristii germani, care nu i-au iertat atitudinea sa antirazboinica.In anul 1920 a luat nastere "Liga antieinsteiniana", avand ca sef spiritual pe cunoscutul fizician german Lenard secondat de alt fizician de valoare, Stark. Liga a inceput sa organizeze intruniri antisemite si sa tulbure cursurile lui Einstein de la universitate. Toate aceste atacuri, ca si dificultatile intampinate de fizicieni pentru intelegerea teoriilor lui Einstein, au facut ca premiul Nobel sa i se acorde cu multa intirziere, de abia in 1922. In acelasi an a tinut conferinte la Leiden(Olanda), Praga, Viena, Princeton si la Londra. Invitat si de Academia Franceza, a trebuit sa renunte, luand cunostinta de atitudinea ostila a cercurilor reactionare: treizeci de academicieni facura cunoscut ca vor parasi sala de sedinte a Academiei, in momentul in care Einstein va pasi inauntru.

¤ In anul 1931 a fost publicata la Leipzig cartea "O suta de autori impotriva lui Einstein" in care autorul teoriei relativitatii este criticat cu violenta.

¤ "Matematica, a scris A. Einstein intr-o lucrare autobiografica, m-a interesat mai putin in anii studentiei, deoarece, in naivitatea mea, gandeam ca pentru un fizician este suficient sa posede numai notiunile fundamentale ale matematicii . Era o eroare de care mai tarziu m-am cait amarnic". Intradevar, s-a dovedit ca pentru rezolvarea problemei gravitatiei, de care se ocupa , cheia a fost analiza tensoriala, o ramura putin cunoscuta in vremea aceea de fizicieni.

¤ In anul 1930 Einstein a obtinut titlul de "profesor invitat" pe timp de doi ani la Institutul tehnologic din Pasadena (California), unde a inceput sa tina prelegeri. Toate aceste calatorii si conferinte nu l-au impiedicat prea mult sa-si continue activitatea stiintifica, putandu-se tine la curent cu progresul ideilor stiintifice. Astfel, in 1924 tanarul fizician indian Bose a elaborat o noua statistica, valabila in cazul cand particulele individuale nu pot fi deosebite intre ele. Aplicand aceasta statistica la gaze, Einstein a descoperit fenomenul denumit "degenerarea gazelor"; de atunci, noua metoda de calcul a primit numele de "statistica Bose - Einstein".

Marie Sklodowska - Curie

M.Curie
¤ ... la 19 ani, in ianuarie 1886 Mania (Maria Sklodowska, Marie Curie de mai tarziu) este angajata ca si guvernanta intr-o familie instarita dintr-o mica localitate din Polonia. Avea trei elevi, doi baieti mai mici si o fata de 18 ani. Cand fiul cel mare al familiei a venit sa-si petreaca vacanta acasa, gaseste in casa o guvernanta care danseaza admirabil, patineaza, calareste, deosebita de tinerele pe care le cunostea. Se indragosteste repede de Maria care era alintata Mania, la randul ei, se indragosteste de tanarul frumos si foarte politicos. Isi fac planuri de casatorie, Nimic nu pare sa se opuna la casatoria lor. Dar cand tanarul cere parintilor permisiunea de a se logodi cu Mania, tatal baiatului devine furios, iar mama este gata sa lesine, deoarece ei doreau pentru fiul lor o partida bogata, nu sa ia in casatorie o guvernanta. Tanarul renunta la planul sau de a se logodi, iar Mania ca si cum nimic nu s-ar fi intamplat, lipsita de alte mijloace, ramane un timp guvernanta, dupa care pleaca sa studieze chimia la Paris, in anul 1891.

¤ ... dupa patru ani, in anul 1895 Maria Sklodowska se casatoreste cu Pierre Curie, realizand o casatorie fericita.

¤ ... in anul 1896 Marie Sklodowska - Curie are deja doua licente si lucreaza, sub indrumarea sotului ei, in laboratorul Scolii de fizica si chimie.

¤ ... in anul 1903 Marie Sklodowska - Curie si-a sustinut lucrarea de dizertatie intr-o sedinta publica. Universitatea din Paris i-a acordat titlul de doctor in stiintele naturii, specialitatea fizica,"cu mentiune"

¤ ... Marie Sklodowska - Curie a fost una din putinele exceptii din lumea stiintei careia i-a fost dat sa traiasca deplina recunoastere a meritelor sale. A primit de doua ori premiul Nobel: in 1903, impreuna cu Pierre Curie si Henri Becquerel, pentru fizica, iar in 1911 pentru chimie .

¤ ... i s-au conferit 19 titluri de Doctor Honoris Causa, si a devenit membra a 83 de institutii stiintifice din 23 de tari.

¤ ... cei 35 de ani de munca cu radiul fara nici un mijloc de protectie, si cei patru ani de lucru cu raze Röntgen nu au ramas fara urmari asupra sanatatii.

¤ ... Marie Sklodowska - Curie a murit la 4 iulie 1934.

¤ ... Sotii Curie au avut doua fiice si nu au apucat sa se bucure de succesul repurtat de fiica lor, Irene si sotul acesteia, Frederique Joliot, care, in anul 1935 au primit premiul Nobel pentru descoperirea radioactivitatii provocate pe cale artificiala.

sus

«Pagina precedenta     Linkuri utile      Pagina urmatoare»



Postati:

Facebook widgets   Twitter widgets   Google plus widgets   linkedin