Нелинейное сопротивление В лекциях, связанных с законами

Нелинейное сопротивление
В лекциях, связанных с законами постоянного тока (т.е закон Ома для полной цепи и
для участка цепи итд), сопротивление рассматривалось как постоянная величина. В
некоторых случаях сопротивление зависело от температуры. Такие сопротивления
называются линейными. Существуют также нелинейные сопротивления, величина
которых зависит от внешних факторов:
1. От температуры (терморезистор: термистор, пористор)
2. От напряжения (варистор – ограничивает напряжение в цепи питания
электроприборов, то есть вследствие перенапряжений предотвращает поломку
оборудования)
3. От светового излучения (фоторезистор)
4. От напряженности магнитного поля (датчик Холла – прибор, измеряющий
напряжённость магнитного поля)
5. От механической деформации (тензодатчик – определяет механическое
напряжение, деформацию)
Фоторезистор – LDR (Light Dependent Resistor)
Величина сопротивления уменьшается под действием света. Такие резисторы очень
чувствительны
к
излучению
в
широком
диапазоне:
от
инфракрасного
до
рентгеновского излучения. Чем больше света падает на резистор, тем больше
свободных носителей заряда и тем меньше сопротивление.
Электрический ток в газах
Газ состоит из нейтральных атомов и молекул. Газы хорошие диэлектрики. Но его
можно сделать также проводящим. Для этого надо создать в газе свободные носители
зарядов.
Например,
можно
принести
частицы
извне
–
несамостоятельная
проводимость, либо частицы создаются электрическим полем, существующим между
электродами – самостоятельная проводимость.
Можно нагреть воздух в данном промежутке, тогда в последнем появится
электрический ток. Следовательно при высоких температурах нейтральные молекулы
газа распадаются на положительные и отрицательные ионы – газ ионизируется.
Виды ионизации:
 Термическая ионизация (при повышении температуры атомы сталкиваются и
происходит отрыв электронов из атома)
 Ионизация излучением (при облучении атома светом происходит выбивание
электронов)
 Ионизация электронным ударом (происходит при столкновении атома с
ускоренным электроном)
 Термоэлектронная эмиссия (испускание электронов с поверхности металла при
нагревании)
 Вторичная электронная эмиссия с катода (испускание электронов с поверхности
металла происходит из-за столкновения металла с положительной частицей).
Виды разряда:
 Тлеющий – свечение неоновой лампы. Газ помещается в определенный сосуд и в
этом сосуде достигается маленькое давление, в результате этого в сосуде
появляется свечение.
 Искровой – это пробой между электродами. Для этого требуется высокое
напряжение. Пример такого разряда – молния
 Дуговой
–
в
таком
разряде
возникает
высокотемпературная
плазма.
Используется при сварке, в выпрямителях в световой технике
 Коронный – обусловлен сильным электриченским полем. Подобный разряд
формируется у электродов с очень большой кривизной поверхности. У такой
поверхности собираются все заряды, в результате этого там поле сильнее. И
когда последнее достигает мах значения, то вокруг электрода появляется
свечение. Пример такого разряда – полоса свечения в копировальных аппаратах.
Явление термоэлектронной эмиссии
Явление испускания электронов нагретыми телами (см рис 1).
Рис 1. Кристаллическая решетка металла
На рисунке 1 представлена кристаллическая решетка металла. В узлах решётки
находятся положительные ионы и вокруг них электроны. На поверхности металла есть
слой толщиной 10-8 см. Его можно рассматривать как плоский конденсаторс
разноименно заряженными пластинами. Чтобы электрону вырваться из решетки и
преодолеть разность потенциалов на поверхности, ему нужно сообщить достаточно
энергии. С помощью этой энергии он может совершать работу выхода из металла
(Авых). Работа выхода измеряется в 1эВ (электрон-вольт).
1 эВ – это энергия, которую требуется сообщить электрону для преодоления
разности потенциалов в 1 В.
Для разных металлов своя работа выхода. Значения находятся в пределах от 1эВ до 7
эВ.
Это явление используется для получения потока электронов (лучевые трубки,
вакуумный диод, электронные микроскопы), в радиотехнике и автоматике –
электронные лампы, для выпрямления переменных токов, для генерирования
электромагнитных колебаний итд.
Самым простейшим примером для объяснения этого явления является вакуумный диод
– двухэлектродная лампа. Состоит из катода и анода, между ними вакуум. В качестве
катода может быть нить из тугоплавкого материала (вольфрам) (см рис 2).
Рис 2.
При включении диода в цепь, катод накаливается. При подаченапряжения между
катодом и анодом, катод испускает электроны. То есть получается термоэлектронный
ток. Если поменять полярность батарейки, то ток прекращается, как бы сильно катод не
накаливали.
Для исследования материала, из которого изготовлен катод, можно снять вольтамперную характеристику (зависимость тока от напряжения).
Полупроводниковый диод
Это двухэлектродный электронный прибор, обладает разничной проводимостью в
зависимости от условий. Такой диод имеет один электрический переход и 2 электрода.
Принцип его действия основывается на p-n переходе.
p – это проводник с дырочной проводимостью, а n – с электронной проводимостью.
Если взять 2 разных полупроводника и привести их в контакт (см рис 3). Дырки
считаются положительными, а электроны- отрицательные.
Рис 3.
Внутри системы появится внутреннее поле (красные стрелки). Так как электроны
начнут двигаться в р-проводник где их концентрация ниже, а дырки будут двигаться в
обратном направлении. Если приложить внешнее поле (чёрная стрелка) тоже же
направления, до дырки начнут двигаться навстречу к минусу от граничного слоя (синие
стрелки), а электроны – к плюсу от граничного слоя. В результате диод не пропустит
ток в этом направлении. В результате на границе раздела частиц не будет, этот
граничный слой будет увеличиваться, его сопротивление будет расти. А если
направление внешнего поля поменять на противоположное (см рис 4), то дырки будут
двигаться к минусу, а электроны к плюсу (то есть навстречу друг к другу). В результате
этого диод пропустит ток (толщина граничного слоя будет меньше).
Рис 4.