CZĘŚĆ TEORETYCZNA

1. Podstawowe prawa.

Prawo Ohma:

Natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia i odwrotnie proporcjonalne do oporu:

I Prawo Kirchoffa:

Suma natężeń wpływających do węzła jest równa sumie natężeń opuszczających węzeł:

II Prawo Kirchoffa:

Suma sił elektromotorycznych i spadków napięć w oczku sieci równa jest 0.

2. Przewodniki i izolatory prądu elektrycznego.

Przewodniki są to substancje przewodzące prąd elektryczny. Są to:

• metale, posiadające w budowie strukturalnej wolne elektrony, niezwiązane z atomami; nazywamy je chmurą elektronową;

• elektrolity, czyli roztwory różnych substancji zawierające jony. Cząstki obdarzone ładunkiem elektrycznym dodatnim (kationy), bądź ujemnym (aniony), odpowiadają za przewodnictwo elektryczne substancji. Zwiększa się ono wraz ze stężeniem jonów.

Izolatory z kolei cechuje niezdolność do przewodzenia prądu elektrycznego. Są nimi niemetale:

• kryształy połączone wiązaniami kowalencyjnymi,

• ciecze o budowie niepolarnej, jak np. benzyna,

• ciecze o budowie niepolarnej nie zawierające jonów.

3. Półprzewodniki.

Są to substancje, które nie przewodzą prądu w temperaturze pokojowej. Jednak po podgrzaniu ich rezystancja znacznie maleje. Do substancji tych zalicza się głównie pierwiastki grupy IV jak krzem czy german, a także związki pierwiastków leżących w ich pobliżu na układzie okresowym (np. arsenek galu, azotek galu, węglik(IV) krzemu(IV). Znajdują one zastosowanie w elektronice i elektrotechnice. Krzem np. wykorzystuje się przy produkcji układów scalonych.

Aby zrozumieć zasadę przewodnictwa półprzewodników należy się zapoznać z modelem pasmowym elektronów walencyjnych. W zwykłych przewodnikach (miedź, aluminium itp.) już w temperaturze pokojowej energia elektronów jest na tyle duża, że przechodzą one do pasma przewodnictwa, toteż w objętości materiału występuje dużo elektronów swobodnych i przepływ prądu jest łatwy.

Natomiast w materiałach izolacyjnych przerwa energetyczna jest bardzo duża (W_g rzędu 10eV). Dostarczenie tak dużej energii zewnętrznej (napięcia) najczęściej w praktyce oznacza fizyczne zniszczenie izolatora.

Pośrednią grupą są półprzewodniki. Przerwa energetyczna w tych materiałach jest mniejsza niż 2eV, toteż swobodne elektrony mogą pojawić się przy dostarczeniu względnie niskiego napięcia zewnętrznego lub pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego.

Rozróżniamy następujące nośniki prądu elektrycznego:

• dziura elektronowa - luka, którą wypełnia elektron, zostawiając za sobą lukę wypełnianą przez następny. W ten sposób może płynąć prąd.

• przepływ elektronów swobodnych (chmury elektronowej);

• jony, zdolne do przewodzenia ładunku elektrycznego.

4. Temperaturowy współczynnik zmian oporu elektrycznego.

Wraz z temperaturą opór może wzrastać bądź maleć. Dla półprzewodników maleje, o czym wspomniano powyżej. Dla metali z kolei wzrasta wraz z temperaturą. Dla cieczy opór maleje wraz ze wzrostem temperatury - zachowuje się podobnie jak półprzewodnik.

---