CC BY
6
ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ЗАРЯДОВ ПРИ НАЛИЧИИ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ В ПРОВОДНИКАХ И ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Карпова Т.В.
Карпова Татьяна Владимировна - старший преподаватель, кафедра математических и естественнонаучных дисциплин, Институт пищевых технологий и дизайна - филиал Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, г. Нижний Новгород
Аннотация: в статье ставится задача - исследовать свойства сверхпроводимости проводников и полупроводников. Статья посвящена комплексному исследованию материалов, обладающих сверхпроводимостью и их применению в электрических приборах и цепях. Особое внимание уделено зависимости сверхпроводимости от удельного сопротивления и температуре. Выделяются и описываются физические характеристики, рассматриваются характерные особенности работы проводников и полупроводников в электрических приборах, машинах. Дается сравнение работы проводников и полупроводников с точки зрения строения и наличия тока в современных приборах и аппаратах радиоэлектроники. В качестве исследовательской задачи автором была определена попытка оценить их достоинства и недостатки при их применении в электрических цепях. В заключение раскрывается преимущество проводников из металла.
Ключевые слова: сверхпроводимость, проводники, полупроводники, удельное сопротивление, температура, примеси, металлы.
FEATURES OF THE BEHAVIOR OF CHARGES IN THE PRESENCE OF SUPERCONDUCTIVITY IN CONDUCTORS AND SEMICONDUCTORS
Karpova T.V.
Karpova Tatiana Vladimirovna - Senior Lecturer, DEPARTMENT OF MATHEMATICAL AND NATURAL SCIENCES, INSTITUTE OF FOOD TECHNOLOGY AND DESIGN - BRANCH STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION NIZHNY NO VGOROD STA TE UNIVERSITY OF ENGINEERING AND ECONOMICS,
NIZHNY NO VGOROD
Abstract: the article aims to investigate the properties of superconductivity of conductors and semiconductors. The article is devoted to a comprehensive study of materials with superconductivity and their application in electrical devices and circuits. Special attention is paid to the dependence of superconductivity on resistivity and temperature. The physical characteristics are distinguished and described, the characteristic features of the work of conductors and semiconductors in electrical devices and machines are considered. The work of conductors and semiconductors is compared in terms of the structure and the presence of current in modern devices and devices of radio electronics. As a research task, the author determined an attempt to evaluate their advantages and disadvantages when they are used in electrical circuits. In conclusion, the advantage of metal conductors is revealed.
Keywords: superconductivity, conductors, semiconductors, resistivity, temperature, impurities, metals.
УДК 538.945
Электроэнергия играет важную роль в жизнедеятельности человека, она применяется во всех сферах его жизни. Научно - технический прогресс и уровень производственных сил зависит от ее развития. В современных приборах и аппаратах радиоэлектроники применяются радиотехнические материалы. В электротехнике в качестве твердых проводников применяют металлы и их сплавы. Они подразделяются на материалы высокого сопротивления и высокой проводимости. Материалы с высокой проводимостью: алюминий, медь и серебро. Металлы имеют большое количество свободных зарядов, их концентрация практически не зависит от температуры. Электрический ток в проводнике устанавливается только при упорядоченном движении свободных электронов и приобретают определенную скорость под действием электрического поля. Они имеют широкий спектр применения для изготовления электроизмерительных приборов, генераторов, электродвигателей и трансформаторов [1, с. 18].
Полупроводники занимают промежуточное значение между диэлектриками и проводниками, они имеют широкое применение в автоматике, радиотехнике, электротехнике. Электронные приборы требуют целый набор материалов и высококачественных технологий для их применения в
разнообразных условиях. Полупроводниками являются химические элементы: кремний, мышьяк, германий, селен, бор и т.д. Они относятся к чистым полупроводникам, их собственная проводимость осуществляется за счет наличия свободных электронов и перемещением вакантных мест. Число свободных электронов составляет лишь одну десятимиллиардную часть от общего числа атомов. Кристаллы чистых полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями. В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону, которые отделяются от него и перемещаются между соседними атомами. При этом отрицательный заряд удерживает положительные ионы кристалла друг возле друга. Валентный электрон принадлежит всему кристаллу и может перемещаться от одного атома к другому вдоль всего кристалла. Полупроводник можно сделать хорошим проводником, если добавить примесь, то в полученном материале будет наблюдаться либо недостаток электронов, либо избыток электронов. В качестве примесей используются вещества с валентностью, которая больше или меньше валентности основного полупроводника, при этом концентрация электронов резко возрастает. Такие примеси называются донорными или акцепторными примесями [2, с. 236] [3, с. 240].
Полупроводники и проводники обладают особым свойствам сверхпроводимости, она зависит от сопротивления и температуры материалов. Сверхпроводящее состояние у металлов и сплавов наблюдается при очень низких температурах, критических температурах, температурах перехода начиная с 25К. У металлов при уменьшении температуры сопротивление уменьшается за счет его удельного сопротивления, а удельное сопротивление линейно зависит от температуры, при этом электрический ток в сверхпроводниках не меняется длительное время и не происходит выделение тепла, если устранить источник тока. Свойства сверхпроводимости проводника исчезает при повышении силы тока, действия на него сильного магнитного поля, наличие большой плотности тока и повышения температуры. Электропроводность полупроводников при низких температурах уменьшается, а при высоких температурах полупроводники ведут себя как проводники. При повышении температуры или при поглощении энергии от другого источника, кинетическая энергия частиц увеличивается, наблюдается разрыв отдельных связей и электрон становится свободным. Следовательно, при повышении температуры удельное сопротивление полупроводников уменьшается, а у металлов оно увеличивается. Если в проводнике существует электрический ток, то вокруг проводника возникает магнитное поле, которое разрушает сверхпроводимость материала [4, с. 544]. При определенных условиях сопротивление сверхпроводимости отсутствует, а количество тепла при прохождении электрического тока по проводнику не выделяется, что позволяет сэкономить затраты энергии. Материалы, имеющие свойство сверхпроводимости, исследуются и имеют перспективное будущее.
Список литературы /References
1. ГинзбургВ.Л., Андрюшин Е.А. Сверхпроводимость. М.: Альфа - М, 2006. С. 18-23.
2. Сиднев Ю.Г. Электротехника. Ростов на Дону Феникс, 2001. С. 236.
3. Швейкин Г.П., Губанов В.А., Фотиев А.А., Базуев Г.В., Евдокимов А.А. Электронная структура и физико-химические высокотемпературные свойства температурных сверхпроводников. М.: «Наука», 1990. С. 240-98.
4. Физические свойства высокотемпературных сверхпроводников. Под. ред. Д.М. Гинзбурга. М: «Мир», 1990. С. 544-566.
