Проводники и изоляторы широко используются в технике. Проводники для изготовления токоведущих частей электрических аппаратов и схем, изоляторы – для изоляции этих частей друг от друга и от земли.
Примером применения полупроводников могут служить термисторы, применяемые для тепловой защиты подшипников зарубного бара проходческого комбайна АНМ-105.
Справка: Термистор – полупроводниковый прибор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры.
Основные параметры термистора – диапазон рабочих температур и температурный коэффициент сопротивления (ТКС), определяемый как относительное приращение сопротивления (в %) при изменении температуры на 1 К. Различают термисторы с отрицательным ТКС (ОТ) и с положительным (ПТ). Для изготовления ОТ используют смеси оксидов переходных металлов (например, марганца, кобальта, никеля), германия и кремния, легированных различными примесями. Их ТКС составляет при комнатных температурах от – 2 до – 8 % /К, при температурах 900 – 1300 К – до – 20 % /К. ПТ обычно выполняют из полупроводниковых твёрдых растворов на основе титаната бария (такие термисторы часто называют позисторами). В области температур, близких к сегнетоэлектрическому фазовому переходу, их ТКС может достигать 50 % /К и более даже в небольшом температурном интервале (≈5 К).
Термисторы выпускаются в виде стержней, трубок, дисков, тонких плёнок и т. п.; характеризуются малыми (от нескольких мкм до нескольких см) размерами, большим (несколько тысяч часов) сроком службы. Термисторы применяются для регистрации изменений температуры в системах теплового контроля, в измерителях мощности, магнитометрах и других устройствах.
Примерные контрольные вопросы
1. Как возникают свободные заряды в веществах и электролитах?
2. Какие вещества называются проводниками и какие материалы относятся к проводникам?
3. Какие вещества называются изоляторами и какие материалы относятся к изоляторам?
4. Какие вещества называются полупроводниками и какие материалы относятся к полупроводникам?
5. Где применяются проводники и изоляторы?
6. Применение полупроводников и характеристика термисторов.
7. Характеристика шкал Кельвина и Цельсия и соотношение между ними.
3. Взаимодействие зарядов
Закон Кулона
Взаимодействие зарядов проявляется в силах притяжения или отталкивания между ними. Французский физик Кулон в 1875 году вывел соотношение между величиной зарядов, расстоянием между ними и силой, с которой эти заряды взаимодействуют: сила взаимодействия между двумя малыми заряженными телами или элементарными зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Закон Кулона для зарядов, помещённых в вакуум, можно записать в виде
F = k ∙q1 ∙q2 / r2,
Где F – сила взаимодействия между зарядами;
q1 и q2 - величины зарядов;
r – расстояние между зарядами.
Коэффициент k, входящий в формулу закона Кулона, зависит от принятой системы единиц.
Если заряды располагаются не в вакууме, а в какой-либо среде (например, в воде), сила взаимодействия между ними ослабевает по сравнению с вакуумом в ε раз, где ε – коэффициент ослабления сил электрического взаимодействия. Этот коэффициент называется диэлектрической постоянной данной среды. В этом случае закон Кулона можно записать так:
F = k q1 q2 / ε r2.
Значение ε для различных веществ разное. Например, для воздуха ε = 1, для воды ε = 80. Для одноимённых зарядов сила взаимодействия положительна. Это значит, что заряды отталкиваются друг от друга (Рис. 1). Для разноимённых зарядов сила взаимодействия отрицательна. Это означает, что заряды притягиваются друг к другу.
Рис. 1. Взаимодействие электрических зарядов.
Единицей электрического заряда (или количества электричества) в системе СИ является кулон (К). Два однотипных заряда в 1 К, находящиеся в пустоте на расстоянии 1м, отталкиваются один от другого с силой 9х109 ньютона*.
(* Ньютон (Н) – сила, сообщающая массе в 1кГ
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.