Для демонстрации этого явления проведём эксперимент. Возьмём источник тока, стакан с дистиллированной водой и амперметр. Погрузив электроды в стакан, увидим, что амперметр показывает 0, то есть дистиллированная вода практически не проводит ток.
Затем добавим в стакан поваренную соль и дождёмся её полного растворения. При повторном погружении электродов в соляной раствор амперметр фиксирует значение силы тока, то есть полученный раствор проводит электрический ток.
Поваренная соль имеет химическую формулу $\text{NaCl}$. При наложении внешнего электрического поля (погружения электродов) положительно заряженный ион натрия $\text{Na}^+$ движется к катоду (отрицательный электрод), а отрицательно заряженный ион хлора $\text{Cl}^-$ — к аноду (положительный электрод).
Таким образом, электрический ток в электролитах протекает за счёт диссоциации — разложения вещества на ионы и последующего их движения к электродам.
Электрический ток в полупроводниках
Рассмотрим кремниевый полупроводник. Вокруг его ядра вращаются четыре валентных электрона, с помощью которых он образовывает связи с другими атомами кремния. Внутри кристаллической решётки заменим ядро кремния на ядро фосфора, валентность которого равна 5. Четыре электрона фосфора образуют связи с четырьмя атомами кремния, а один электрон остаётся свободным.
Свободный электрон может перемещаться под действием внешнего электрического поля, а значит, этот полупроводник может проводить электрический ток. Такая проводимость называется электронной. Она возможна в полупроводниках $n$-типа (от английского negative — «отрицательный»).
Далее рассмотрим кремниевый полупроводник, внутрь кристаллической решётки которого добавлено ядро алюминия, валентность которого равна 3. Три электрона алюминия образуют связи с тремя атомами кремния, а при создании четвёртой связи образуется дырка — отсутствие электрона. Электроны других атомов под воздействием внешнего электрического поля стремятся занять это место, перемещаясь по полупроводнику.
Такая проводимость называется дырочной. Она возможна в полупроводниках $p$-типа, где $p$ означает positive, то есть «положительный».
Диод
Полупроводники активно используются в электронике. Например, на основе соединения полупроводников $n$- и $p$-типа создан диод.
Простыми словами, диод пропускает ток только в одном направлении.
Задание
На рисунке ниже изображена электрическая цепь, в которой сопротивление диода в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном многократно превышает сопротивление резисторов. Когда к точке $A$ подключают положительный полюс, а к точке $B$ — отрицательный полюс источника напряжения с ЭДС 10 В, потребляемая мощность равна 25 Вт. При изменении полярности подключения источника потребляемая мощность становится равной 10 Вт. Укажите условия протекания тока через диод и резисторы в обоих случаях и определите сопротивление резисторов в этой цепи. Внутренним сопротивлением источника пренебречь.
Первый случай
Диод подключён в прямом направлении, поэтому он обладает пренебрежимо малым сопротивлением. Таким образом, пройдя через резистор $R_1$, весь ток потечёт через диод, минуя резистор $R_2$.
Эквивалентная схема в этом случае:
Потребляемая мощность:
$P_1 = \frac{U^2}{R_1}; \quad U = \mathcal{E} − Ir, r = 0 \Rightarrow P_1 = \frac{\mathcal{E}^2}{R_1}$
При изменении полярности подключения диод подключён в обратном направлении, поэтому он обладает бесконечно большим сопротивлением. Весь ток потечёт через резисторы $R_1$ и $R_2$.
Отправим стратегию подготовки к экзаменам на бесплатной консультации
Оценим текущий уровень знаний
Подскажем, с чего начать
Дадим понятный план действий
Сложно готовиться самостоятельно? Мы поможем!
Курс подготовки к ЕГЭ по физике
Легендарный курс подготовки к ЕГЭ по физике по минимальной цене. 9 месяцев мощной прокачки, чтобы закрыть все пробелы и сдать экзамен на 90+ баллов. Забирай сейчас — цены ниже уже не будет!
