Vedení elektrického proudu v polovodičích

1. Vedení elektrického proudu v polovodičích Jak lze změnit odpor polovodičů? (Učebnice strana 60 – 64) V kovovém vodiči se mezi pravidelně uspořádanými kladnými ionty volně pohybují některé elektrony. Říkáme jim volné elektrony. Elektrický proud v kovech je tvořen usměrněným pohybem volných elektronů. Elektrický odpor vodiče závisí na teplotě. S rostoucí teplotou atomy v krystalové mřížce kovu kmitají s větší výchylkou, mají větší vnitřní energii a tedy větší elektrický odpor. Elektrický odpor brání průchodu elektrického proudu v elektrickém vodiči, na nějž je přivedeno elektrické napětí. Vodič se přitom zahřívá, protože pohybová energie nosičů náboje (např. v kovech volných elektronů) se přenáší na vodič. Kovový vodič se tedy při průchodu elektrického proudu zahřívá.

2. Závislost elektrického odporu vodičů na teplotě je ve velkém teplotním intervalu prakticky lineární a můžeme ji vyjádřit vztahem kde α je teplotní součinitel elektrického odporu (udává, kolikrát se zvětší odpor při zahřátí vodiče o 1 °C, hodnoty najdeme v Tabulkách), Δ t = t2 – t1(teplotní rozdíl), R0je odpor vodiče na začátku ohřívání. Ochladíme-li některé vodiče na velmi nízkou teplotu (jednotky až desítky kelvinů), může jejich elektrický odpor zcela zmizet. Tento jev byl nazván supravodivost. Elektrický odpor vodiče R je přímo úměrný délce vodiče ℓ (v m), nepřímo úměrný obsahu S příčného průřezu vodiče (v m2) a závisí na materiálu vodiče. Závislost na materiálu vodiče udává fyzikální veličina měrný elektrický odpor ρ, jeho jednotkou je Ωm (ohmmetr), hodnoty jsou uvedeny v Tabulkách. Elektrický odpor závisí tedy na materiálu vodiče i na jeho teplotě. Různé látky se chovají při zahříváni různě.

3. Ocelový drát svineme do pružiny a budeme ho zahřívat. Graf znázorňuje závislost odporu ocelového drátu na teplotě: Odporu ocelového drátu se při zvyšující teplotě lineárně zvyšuje.

4. Místo ocelového drátu budeme zahřívat součástku, která se nazývá termistor. Graf znázorňuje závislost odporu termistoru na teplotě: Při pokojové teplotě je odpor termistoru velký, obvodem elektrický proud neprochází. Při zvyšování teploty odpor termistoru výrazně klesá. Látky, u kterých se se zvyšováním teploty odpor výrazně zmenšuje, patří mezi polovodiče.

5. Termistor je polovodičová součástka, která má různé využití. Na změně odporu termistoru se změnou teploty je např. založeno měření teploty. Termistory mají různé tvary. Termistor se vyrábí z oxidů různých prvků, např. oxidu hořečnatého (MgO), oxidu kobalnatého (CoO), oxidu titaničitého (TiO2), oxidu železitého (Fe2O3). Značka termistoru je t Odpor kovů se s rostoucí teplotou zvětšuje. Odpor polovodičů se s rostoucí teplotou zmenšuje. Tato změna je mnohem větší než u kovů při stejné změně teploty. Termistor je polovodičová součástka, jejíž odpor se mění s teplotou. S rostoucí teplotou se odpor termistoru zmenšuje a při snižováni teploty se zvětšuje. Používá se hlavně k měření teploty. Značka termistoru je t

6. Odpor polovodičů může záviset i na osvětlení. Polovodičová součástka, jejíž odpor závisí na osvětlení, nazýváme fotorezistor. Při osvětlení fotorezistoru proud obvodem s fotorezistorem vzroste, jeho odpor se zmenší. Zacloníme-li fotorezistor, proud poklesne, jeho odpor vzroste. Fotorezistory se používají k měření osvětlení např. ve fotoaparátech. Protože změna odporu nastane při střídání světla a tmy, používají se fotorezistory při automatickém počítání předmětů (pečiva, lahví, peněz apod.), automatickém otvírání dveří atd. Fotorezistory se vyrábějí z polovodičových materiálů, které jsou citlivé na světlo, např. ze sirníku kademnatého (CdS), selenidu kademnatého (CdSe), Fotorezistor je polovodičová součástka, jejíž odpor závisí na osvětlení. Je-li fotorezistor osvětlen více, jeho odpor se zmenší, při poklesu osvětlení fotorezistoru se jeho odpor zvětší. Používá se např. ve fotoaparátech nebo při automatickém počítání předmětů. Značka fotorezistoru je Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 64.