Физика и астрономия · 9 клас · урок 1 от 5

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.

Работен лист за печат

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.

  1. 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.

  2. 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.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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.

  6. 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.

  7. 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.

  8. 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.

  9. 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.

  10. 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.

  11. Кой химичен елемент е основата на съвременните микрочипове?
    • Мед
    • Алуминий
    • Желязо
    • Силиций

    Отговор: Силиций

    Силицият е най-използваният полупроводник в електрониката.

  12. 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.

  13. 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.

  14. Кой от изброените елементи е полупроводник?
    • Мед
    • Алуминий
    • Сребро
    • Германий

    Отговор: Германий

    Германият, като силиция, е полупроводник; останалите са метали.

  15. 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.