Метали и полупроводници. Свръхпроводимост
В този урок сравняваме как провеждат ток металите и полупроводниците. В металите токът е насочено движение на свободни електрони, а съпротивлението им расте при нагряване, защото йоните на решетката трептят по-силно и пречат на електроните. Полупроводниците, като силиция и германия, по проводимост са между проводниците и изолаторите и при нагряване или осветяване провеждат по-добре. Някои вещества при много ниска температура губят напълно съпротивлението си: това е свръхпроводимостта.
Какво да запомним
- Ток в металите: насочено движение на свободни електрони.
- При нагряване съпротивлението на метала расте, а на полупроводника намалява.
- Полупроводници: силиций (Si), германий (Ge). Проводимостта им расте при нагряване и осветяване.
- Свръхпроводимост: съпротивлението изчезва под критична температура. Открита е от Камерлинг-Онес през 1911 г. при живака.
- Свръхпроводниците се използват в мощни електромагнити, например в ЯМР скенерите.
Пример
Медна жица е свързана към батерия и лампа. Ако жицата силно се нагрее, съпротивлението ѝ нараства и токът във веригата леко намалява.
Проверете се: 15 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
Какво представлява електричният ток в металите?
- Насочено движение на положителни йони
- Движение на протони
- Насочено движение на свободни електрони
- Хаотично движение на атомите
Отговор: Насочено движение на свободни електрони
В металите валентните електрони са свободни и под действие на електричното поле се движат насочено.
Как се изменя съпротивлението на метален проводник при повишаване на температурата?
- Нараства
- Намалява
- Не се променя
- Става нула
Отговор: Нараства
Йоните в решетката трептят по-силно и пречат повече на движението на електроните.
Какво е свръхпроводимост?
- Много голяма проводимост при висока температура
- Провеждане на ток само в една посока
- Рязко нарастване на съпротивлението при охлаждане
- Изчезване на съпротивлението под определена (критична) температура
Отговор: Изчезване на съпротивлението под определена (критична) температура
При охлаждане под критичната температура съпротивлението на някои вещества става нула.
Кой учен открива свръхпроводимостта през 1911 г.?
- Георг Ом
- Хейке Камерлинг-Онес
- Майкъл Фарадей
- Джеймс Джаул
Отговор: Хейке Камерлинг-Онес
Нидерландският физик Камерлинг-Онес открива, че живакът губи съпротивлението си при около 4 K.
Къде се използват свръхпроводниците днес?
- В нагревателите на ютиите
- В мощни електромагнити, например в ЯМР скенерите и ускорителите
- В стопяемите предпазители
- В обикновените лампи с нажежаема жичка
Отговор: В мощни електромагнити, например в ЯМР скенерите и ускорителите
Свръхпроводящите намотки пропускат огромни токове без загуби и създават много силно магнитно поле.
Кои частици изграждат кристалната решетка на металите?
- Отрицателни йони
- Неутрални молекули
- Положителни йони
- Протони и неутрони
Отговор: Положителни йони
Металът е решетка от положителни йони, между които се движат свободни електрони.
Кой метал най-често се използва за проводници в домашната електроинсталация?
- Мед
- Желязо
- Олово
- Волфрам
Отговор: Мед
Медта има малко специфично съпротивление и не е скъпа като среброто.
Защо металният проводник се нагрява, когато през него тече ток?
- Йоните се движат заедно с електроните
- Протоните излизат от ядрата
- Въздухът около проводника се нагрява първи
- Електроните се сблъскват с йоните на решетката и им предават енергия
Отговор: Електроните се сблъскват с йоните на решетката и им предават енергия
При сблъсъците трептенията на йоните се усилват, а това е по-висока температура.
Кой уред използва зависимостта на съпротивлението на метал от температурата?
- Амперметърът
- Съпротивителният термометър
- Галваничният елемент
- Електромагнитът
Отговор: Съпротивителният термометър
По измереното съпротивление на платинова или медна жица се определя температурата.
Как се сравнява скоростта на насоченото движение на електроните в проводник със скоростта, с която се разпространява електричното поле?
- Двете скорости са равни
- Електроните се движат много бавно (части от mm/s), а полето почти със скоростта на светлината
- Електроните се движат по-бързо от полето
- Електроните се движат със скоростта на светлината
Отговор: Електроните се движат много бавно (части от mm/s), а полето почти със скоростта на светлината
Затова лампата светва веднага: полето задвижва едновременно електроните по цялата верига.
Кой химичен елемент е основата на съвременните микрочипове?
- Мед
- Алуминий
- Желязо
- Силиций
Отговор: Силиций
Силицият е най-използваният полупроводник в електрониката.
Как се изменя съпротивлението на полупроводник при осветяване?
- Нараства
- Не се променя
- Става безкрайно голямо
- Намалява
Отговор: Намалява
Светлината освобождава електрони и се образуват нови носители на тока.
Защо при нагряване проводимостта на полупроводника нараства, а на метала намалява?
- В полупроводника изчезва кристалната решетка
- В полупроводника рязко нараства броят на свободните носители
- Металите губят свободните си електрони
- Полупроводникът се превръща в метал
Отговор: В полупроводника рязко нараства броят на свободните носители
В полупроводника топлината освобождава много нови електрони и дупки, а в метала броят на свободните електрони почти не се променя.
Кой от изброените елементи е полупроводник?
- Мед
- Алуминий
- Сребро
- Германий
Отговор: Германий
Германият, като силиция, е полупроводник; останалите са метали.
Между кои вещества по проводимост се намират полупроводниците?
- Между проводниците и изолаторите
- Между металите и свръхпроводниците
- Между газовете и течностите
- Над металите
Отговор: Между проводниците и изолаторите
Те провеждат по-зле от металите, но много по-добре от изолаторите.