Досліджуємо електричні властивості речовин - Засєкіна

• Назад до змісту

Думай

1. За якою ознакою речовини поділяють на провідники, діелектрики й напівпровідники?

Речовини поділяють на групи залежно від їхньої внутрішньої будови, а саме — від наявності в ній електрично заряджених частинок, здатних упорядковано рухатися внаслідок електромагнітної дії.

Провідники: Це речовини, які мають заряджені частинки (носії струму), що здатні рухатися впорядковано по всьому об’єму тіла. Приклади: Усі метали, водні розчини солей, кислот, лугів, розплави солей, тіло людини (оскільки воно містить багато рідини)3.

Ізолятори (діелектрики): Це матеріали, в яких заряди зв’язані й можуть лише зміщуватися (а не вільно рухатися) внаслідок електромагнітної дії. Приклади: Усі гази за нормальних умов (в т.ч. повітря), гас, спирт, ацетон, дистильована вода, скло, пластмаса, сухе дерево, папір, гума.

Напівпровідники: Це матеріали, які за звичайних умов не мають вільних зарядів, але можуть вивільнювати електрони під дією зовнішніх чинників (нагрівання, освітлення, домішки). Приклади: Силіцій, Германій, Селен, деякі оксиди та сульфіди.

2. Чому метали добре проводять електричний струм?

Метали є найкращими провідниками серед твердих тіл завдяки особливостям їхньої внутрішньої будови — наявності вільних електронів.

У кристалічних ґратах металів знаходяться позитивні йони, а простір між ними заповнений електронами, які рухаються вільно й хаотично. Саме ці електрони стають носіями струму під дією електричного поля.

3. Чому тепловий рух електронів у провіднику не можна назвати електричним струмом?

Електричний струм — це процес напрямленого (упорядкованого) руху заряджених частинок.

За звичайних умов (без зовнішнього електричного поля) електрони у металі рухаються хаотично. Оскільки немає загального напрямку руху заряду в один бік, такий рух не є електричним струмом.

4. Поясни, чому напрямлений рух електронів у провіднику, що з’єднує два заряджених тіла, швидко припиняється? Що необхідно для одержання тривалого струму?

Коли ми з’єднуємо два різнойменно заряджені тіла (наприклад, електрометри) провідником, заряджені частинки переходять від одного тіла до іншого, намагаючись зрівноважити заряди.

Чому припиняється: Рух припиняється, як тільки електричні потенціали тіл зрівнюються (зникає причина для руху зарядів). Цей процес короткочасний.

Що потрібно для тривалого струму: Щоб струм був безперервним, необхідно підтримувати постійну різницю зарядів (електричне поле) у провіднику. Для цього потрібен пристрій, який би постійно розділяв заряди — джерело струму (наприклад, гальванічний елемент або акумулятор).

5. Блискавка — це електричний струм?

Так, блискавка є електричним струмом.

Це потужний електричний розряд у повітрі. Хоча повітря зазвичай є діелектриком, за певних умов (величезна напруга між хмарами або хмарою і землею) воно електризується і відбувається напрямлений рух заряджених частинок. Це повністю відповідає визначенню електричного струму як процесу напрямленого руху заряджених частинок.

Дій

Розглянь малюнок 21.5 та вкажи, у яких випадках і в якому напрямку проходитиме електричний струм по металевій паличці, що з’єднує два заряджені електроскопи.

Загальне правило: Електричний струм тече від точки з вищим потенціалом («+» або менший «–») до точки з нижчим потенціалом («–» або більший «–»).

• У випадку а) заряди рівні — струму немає.
• У випадках б) та в) струм біжить від «+» до «–».
• У випадку г) — від меншого «мінуса» до більшого «мінуса» (лівий електроскоп має більший за модулем від’ємний заряд, і умовний струм у паличці піде справа наліво (від правого до лівого))

ОПРАЦЮЙ ІНФОРМАЦІЮ

Дізнайся із додаткових джерел, яку роль відіграють напівпровідникові кристали у розвитку сучасної комп’ютерної та цифрової техніки. Роздивись мал. 21.7. Вислови припущення:

Яку роль відіграють напівпровідникові кристали у розвитку сучасної комп’ютерної та цифрової техніки?

Напівпровідникові кристали (передусім кремнієві) є основою всіх сучасних комп’ютерів і цифрових пристроїв. Вони здатні контролювати потік електричної енергії та є ключовим компонентом у виробництві процесорів, мікросхем та інших електронних пристроїв. Завдяки напівпровідникам можливе створення мільйонів транзисторів на крихітних кремнієвих пластинах, що забезпечує роботу смартфонів, планшетів, комп’ютерів та іншої техніки.

Як пов’язані між собою мікро- і макросвіт?

Мікросвіт напівпровідників безпосередньо впливає на макросвіт людини. Мільйони мікроскопічних транзисторів розміром близько 14 нанометрів (що лише в 14 разів товще молекули ДНК) об’єднуються в процесори, які керують роботою величезних систем — від смартфонів до космічних апаратів. Сучасні технології дозволяють помістити в долоню більше обчислювальної потужності, ніж використовувалося для польоту на Місяць.

Чому люди за комп’ютером працюють у захисному одязі?

Працівники на виробництві мікрочіпів носять захисний одяг не для власного захисту, а для захисту продукції від забруднення. Людина виділяє частинки шкіри, волокна, пил та інші мікроскопічні забруднювачі, які можуть пошкодити мікрочіпи. Навіть одна пилинка може призвести до дефектів і псування дорогих напівпровідникових виробів. Тому виробництво відбувається в спеціальних чистих приміщеннях із суворим контролем температури, вологості та кількості частинок у повітрі.

Скільки часу потрібно, щоб виготовити мікрочіп?

Виготовлення мікрочіпа займає від кількох тижнів до кількох місяців. Зокрема, виробництво напівпровідникової пластини (wafer fabrication) займає приблизно 12-20 тижнів, а для складних сучасних процесорів може тривати до 11-15 тижнів. Після цього потрібні додаткові 6 тижнів на збірку, тестування та пакування (ATP). Загалом від замовлення до готового продукту може минути до 26 тижнів, причому виробництво включає близько 1000-1400 технологічних кроків.