Είναι γνωστό ότι σε μια ουσία που βρίσκεται σε ηλεκτρικό πεδίο, όταν εκτίθεται στις δυνάμεις αυτού του πεδίου, σχηματίζεται μια κίνηση ελεύθερων ηλεκτρονίων ή ιόντων προς την κατεύθυνση των δυνάμεων του πεδίου. Με άλλα λόγια, εμφανίζεται ηλεκτρικό ρεύμα στην ουσία.

Μια ιδιότητα που καθορίζει την ικανότητα μιας ουσίας να αγωγιάζει ηλεκτρική ενέργειαονομάζεται «ηλεκτρική αγωγιμότητα». Η ηλεκτρική αγωγιμότητα εξαρτάται άμεσα από τη συγκέντρωση των φορτισμένων σωματιδίων: όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση, τόσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Σύμφωνα με αυτή την ιδιότητα, όλες οι ουσίες χωρίζονται σε 3 τύπους:

  1. Μαέστροι.
  2. Ημιαγωγοί.

Περιγραφή αγωγών

Οι μαέστροι έχουν υψηλότερη ηλεκτρική αγωγιμότητααπό όλους τους τύπους ουσιών. Όλοι οι αγωγοί χωρίζονται σε δύο μεγάλες υποομάδες:

  • μέταλλα(χαλκός, αλουμίνιο, ασήμι) και τα κράματά τους.
  • Ηλεκτρολύτες (διάλυμα νερούάλατα, οξέα).

Στις ουσίες της πρώτης υποομάδας, μόνο τα ηλεκτρόνια είναι ικανά να κινούνται, αφού η σύνδεσή τους με τους πυρήνες των ατόμων είναι αδύναμη και επομένως αποσπώνται αρκετά εύκολα από αυτά. Δεδομένου ότι η εμφάνιση ρεύματος στα μέταλλα σχετίζεται με την κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων, ο τύπος της ηλεκτρικής αγωγιμότητας σε αυτά ονομάζεται ηλεκτρονικός.

Από τους αγωγούς της πρώτης υποομάδας, χρησιμοποιούνται σε περιελίξεις ηλεκτρικών μηχανών, ηλεκτρικών γραμμών και καλωδίων. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ηλεκτρική αγωγιμότητα των μετάλλων επηρεάζεται από την καθαρότητά τους και την απουσία ακαθαρσιών.

Στις ουσίες της δεύτερης υποομάδας, όταν εκτίθεται σε διάλυμα, το μόριο αποσυντίθεται σε θετικά και αρνητικά ιόντα. Τα ιόντα κινούνται λόγω της έκθεσης ηλεκτρικό πεδίο. Στη συνέχεια, όταν το ρεύμα διέρχεται από τον ηλεκτρολύτη, ιόντα εναποτίθενται στο ηλεκτρόδιο, το οποίο χαμηλώνει σε αυτόν τον ηλεκτρολύτη. Η διαδικασία κατά την οποία μια ουσία απελευθερώνεται από έναν ηλεκτρολύτη υπό την επίδραση ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται ηλεκτρόλυση. Η διαδικασία ηλεκτρόλυσης χρησιμοποιείται συνήθως, για παράδειγμα, όταν ένα μη σιδηρούχο μέταλλο εξάγεται από ένα διάλυμα της ένωσης του ή όταν καλύπτεται το μέταλλο με ένα προστατευτικό στρώμα άλλων μετάλλων.

Περιγραφή διηλεκτρικών

Τα διηλεκτρικά ονομάζονται επίσης ηλεκτρικές μονωτικές ουσίες.

Όλες οι ηλεκτρικές μονωτικές ουσίες έχουν την ακόλουθη ταξινόμηση:

  • Εξαρτάται από κατάσταση συνάθροισηςΤα διηλεκτρικά μπορεί να είναι υγρά, στερεά ή αέρια.
  • Ανάλογα με τις μεθόδους παραγωγής - φυσικό και συνθετικό.
  • Εξαρτάται από χημική σύνθεση– οργανικά και ανόργανα.
  • Ανάλογα με τη δομή των μορίων - ουδέτερο και πολικό.

Αυτά περιλαμβάνουν αέριο (αέρας, άζωτο, αέριο SF6), ορυκτέλαιο, οποιοδήποτε καουτσούκ και κεραμική ουσία. Οι ουσίες αυτές χαρακτηρίζονται από την ικανότητα να πόλωση σε ηλεκτρικό πεδίο. Πόλωση είναι ο σχηματισμός φορτίων με διαφορετικά σημάδια στην επιφάνεια μιας ουσίας.

Τα διηλεκτρικά περιέχουν μικρό αριθμό ελεύθερων ηλεκτρονίων και τα ηλεκτρόνια έχουν ισχυρή σύνδεση με τους πυρήνες των ατόμων και σπάνια αποσπώνται από αυτούς. Αυτό σημαίνει ότι αυτές οι ουσίες δεν έχουν την ικανότητα να μεταφέρουν ρεύμα.

Αυτή η ιδιότητα είναι πολύ χρήσιμη στην παραγωγή προϊόντων που χρησιμοποιούνται για προστασία από το ηλεκτρικό ρεύμα: διηλεκτρικά γάντια, χαλάκια, μπότες, μονωτήρες για ηλεκτρικό εξοπλισμό κ.λπ.

Περί ημιαγωγών

Ο ημιαγωγός λειτουργεί ως ενδιάμεση ουσία μεταξύ αγωγού και διηλεκτρικού. Το περισσότερο επιφανείς εκπρόσωποιΑυτό το είδος ουσιών είναι το πυρίτιο, το γερμάνιο, το σελήνιο. Επιπλέον, αυτές οι ουσίες ταξινομούνται συνήθως ως στοιχεία της τέταρτης ομάδας του περιοδικού πίνακα του Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Οι ημιαγωγοί έχουν επιπλέον αγωγιμότητα «οπής», εκτός από την ηλεκτρονική αγωγιμότητα. Αυτός ο τύπος αγωγιμότητας εξαρτάται από διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως το φως, η θερμοκρασία, τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία.

Αυτές οι ουσίες περιέχουν ασθενείς ομοιοπολικούς δεσμούς. Όταν εκτίθεται σε ένα από τα εξωτερικοί παράγοντεςο δεσμός καταστρέφεται, μετά από τον οποίο σχηματίζονται ελεύθερα ηλεκτρόνια. Επιπλέον, όταν ένα ηλεκτρόνιο αποσπάται, στη σύνθεση ομοιοπολικό δεσμόπαραμένει μια ελεύθερη «τρύπα». Οι ελεύθερες «τρύπες» προσελκύουν γειτονικά ηλεκτρόνια, και έτσι αυτή η ενέργεια μπορεί να πραγματοποιηθεί επ' αόριστον.

Η αγωγιμότητα των ημιαγωγών ουσιών μπορεί να αυξηθεί με την εισαγωγή διαφόρων ακαθαρσιών σε αυτές. Αυτή η τεχνική είναι ευρέως διαδεδομένη στα βιομηχανικά ηλεκτρονικά: σε διόδους, τρανζίστορ, θυρίστορ. Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τις κύριες διαφορές μεταξύ αγωγών και ημιαγωγών.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός αγωγού και ενός ημιαγωγού;

Η κύρια διαφορά μεταξύ ενός αγωγού και ενός ημιαγωγού είναι η ικανότητά του να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα. Για τον αγωγό είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότερη.

Όταν η τιμή της θερμοκρασίας αυξάνεται, η αγωγιμότητα των ημιαγωγών αυξάνεται επίσης. Η αγωγιμότητα των αγωγών μειώνεται όσο αυξάνεται.

Σε καθαρούς αγωγούς σε φυσιολογικές συνθήκεςΌταν περνάει ρεύμα, απελευθερώνεται πολύ μεγαλύτερος αριθμός ηλεκτρονίων από ότι στους ημιαγωγούς. Ταυτόχρονα, η προσθήκη ακαθαρσιών μειώνει την αγωγιμότητα των αγωγών, αλλά αυξάνει την αγωγιμότητα των ημιαγωγών.

Συχνά, οι αρχάριοι ερασιτέχνες τεχνίτες (υπάρχουν και επαγγελματίες ηλεκτρολόγοι), όταν εκτελούν εργασίες ηλεκτρικής εγκατάστασης, καλούν ένα καλώδιο καλώδιο και αντίστροφα. Αξίζει να ληφθεί υπόψη ότι πρόκειται για εντελώς διαφορετικά προϊόντα με διαφορετικούς σκοπούς και χαρακτηριστικά. Για να κατανοήσετε πώς διαφέρει ένα καλώδιο από ένα καλώδιο, είναι απαραίτητο να καταφύγετε στη μελέτη των GOST και μια λεπτομερή εξέταση των πραγματικών διαφορών μεταξύ τους.

Τα καλώδια και η ταξινόμηση τους

Ένα καλώδιο είναι ένας πυρήνας ή μια ομάδα πυρήνων με μονωτικό στρώμα, οι οποίοι υφαίνονται μεταξύ τους με συγκεκριμένο τρόπο και περικλείονται σε ένα ή περισσότερα κελύφη. Μπορούν να τοποθετηθούν στην πρόσοψη κτιρίων, στον αέρα σε στηρίγματα (κολώνες), υπόγεια και ακόμη και στον πυθμένα των δεξαμενών (θάλασσα).

Το εξωτερικό κέλυφος μπορεί να κατασκευαστεί από διάφορα υλικά: διασταυρωμένο πολυαιθυλένιο, καουτσούκ, ακόμη και ένα κράμα μετάλλων (θωρακισμένων) και άλλων ουσιών. Αυτό το γενικό μονωτικό στρώμα του καλωδίου έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει τους πυρήνες από μηχανικές βλάβες, κρούσεις περιβάλλονκαι διάφορα χημικά.

Τα καλώδια χωρίζονται σε ομάδες ανάλογα με την εφαρμογή. Διακρίνονται οι ακόλουθες κατηγορίες αυτών των προϊόντων:

  1. Καλώδιο επικοινωνίας. Τέτοια προϊόντα προορίζονται για συστήματα συναγερμού (ειδοποιήσεις) και ενσύρματες τηλεπικοινωνίες (επικοινωνίες σταθερής τηλεφωνίας).
  2. Προϊόντα ισχύος. Αυτή η τάξη έχει σχεδιαστεί για κίνηση ηλεκτρική ενέργειααπό την πηγή στον τελικό καταναλωτή. Συνήθως τοποθετούνται μόνιμα, σχηματίζοντας διαφορετικούς τύπους γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας (PTL). Οι πυρήνες κατασκευάζονται κυρίως από αλουμίνιο και χαλκό. Διακρίνονται από μια τεράστια ποικιλία μοντέλων και μεγάλη διάρκεια ζωής - έως και 40 χρόνια.
  3. Τοποθέτηση ηλεκτρικών καλωδίων (έλεγχος). Αυτά τα προϊόντα είναι απαραίτητα για την εγκατάσταση ηλεκτρικών συσκευών μεταξύ συσκευών. Οι αγωγοί κατασκευάζονται συνήθως από μια ένωση χαλκού. Το κύριο πλεονέκτημα είναι η υψηλή αντοχή στην εργασία σε υψηλές θερμοκρασίες.
  4. Καλώδιο ελέγχου. Αυτά τα προϊόντα χρησιμοποιούνται για κυκλώματα φωτισμού και ελέγχου σε πολύπλοκους μηχανισμούς και εργαλειομηχανές. Μέγιστη τάση – 600V;
  5. Επιλογές οπτικών και ραδιοσυχνοτήτων. Τέτοια ηλεκτρικά καλώδια χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση σημάτων και ενέργειας στην καθορισμένη οπτική περιοχή ή σε συγκεκριμένες ραδιοσυχνότητες. Παράδειγμα χρήσης είναι το Διαδίκτυο, οι σύγχρονες τηλεφωνικές επικοινωνίες, ο εξοπλισμός εντοπισμού θέσης.

Σε μια σημείωση.Μερικές φορές τα καλώδια επικοινωνίας, τα ανάλογα οπτικών και ραδιοσυχνοτήτων ταξινομούνται σε μια μεγάλη ομάδα - ηλεκτρικά καλώδια επικοινωνίας.

Τα προϊόντα καλωδίων διαφέρουν επίσης μεταξύ τους με τους ακόλουθους τρόπους:

  • υλικό κατασκευής και ιδιότητες του μονωτικού στρώματος (στρώσεις).
  • παράμετροι θωράκισης.
  • τεχνικά χαρακτηριστικά που εκφράζονται με ηλεκτροφυσικά μεγέθη.
  • υλικό κατασκευής και αριθμός αγώγιμων πυρήνων.
  • γενική διατομή του προϊόντος, διάμετρος πυρήνα κ.λπ.

Τα σύρματα και η ταξινόμηση τους

Το GOST 15845-80 εξηγεί τι είναι το καλώδιο. Μια σύνδεση καλωδίου που περιέχει ένα ή μια ομάδα συρμάτων (ή κλώνων) που έχουν ένα ελαφρύ περίβλημα από μη μεταλλικά κράματα ονομάζεται σύρμα. Επίσης, αυτός ο τεχνικός κανονισμός χαρακτηρίζει το καλώδιο σύμφωνα με τη μέθοδο εγκατάστασης - δεν μπορεί να εγκατασταθεί υπόγεια, αυτή είναι η πρώτη διαφορά μεταξύ καλωδίου και καλωδίου.

Τα καλώδια ταξινομούνται σύμφωνα με ορισμένα χαρακτηριστικά και ιδιότητες:

  • τύπος υλικού και χαρακτηριστικά του μονωτικού στρώματος.
  • υλικό κατασκευής σύρματος?
  • διάμετρος (τμήμα) του προϊόντος.
  • αγωγιμότητα και άλλα.

Αυτά τα χαρακτηριστικά προκαθορίζουν το πεδίο εφαρμογής των προϊόντων αγωγών. Τα καλώδια μπορεί να είναι:

  • αυτοκίνητο;
  • κούρδισμα;
  • μονωμένα και μη μονωμένα (τα τελευταία χρησιμοποιούνται σε εναέριες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας).
  • συνδετικός;
  • εγκατάσταση και άλλα.

Σπουδαίος!Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά, την ταξινόμηση των ηλεκτρικών προϊόντων, συμπεριλαμβανομένων των καλωδίων και των καλωδίων, μπορείτε να βρείτε στο GOST 15845-80 και στο διεθνές πρότυπο ISO11801-2002.

Διαφορές μεταξύ καλωδίου και καλωδίου

Με εμφάνισηΤα ηλεκτρικά καλώδια και τα καλώδια έχουν κάποια ομοιότητα, αλλά υπάρχουν διαφορές μεταξύ τους που είναι σαφώς ορατές σε έναν επαγγελματία.

Στρώμα μόνωσης πυρήνα

Η κύρια διαφορά μεταξύ των υπό εξέταση προϊόντων είναι η παρουσία στο καλώδιο μιας ξεχωριστής μονωτικής στρώσης για κάθε αγωγό. Ενώ το σύρμα ή η συστροφή των αγωγών έχει κοινή θήκη ή δεν την έχει καθόλου. Αυτή η διάκριση περιγράφεται στο GOST 15845-80.

Έτσι, εάν κάθε μεμονωμένος αγωγός έχει τη δική του μόνωση, τότε το προϊόν ονομάζεται καλώδιο. Και όταν δεν υπάρχει μόνωση, ή ένας ορισμένος αριθμός γυμνών στοιχείων αγωγού (σύρματα) περικλείονται σε μια κοινή μόνωση, τότε το προϊόν ονομάζεται σύρμα.

Σήμανση προϊόντος

Μπορείτε επίσης να διακρίνετε τα προϊόντα καλωδίων από τα συνηθισμένα καλώδια με σωστή ανάγνωσησημειογραφία. Κάθε ηλεκτρικό προϊόν έχει τη δική του σήμανση, η οποία εκφράζεται με αλφαβητικά, αριθμητικά σύμβολα και χρώμα.

Η σήμανση των αγωγών μπορεί να πει όχι μόνο σε ποιον τύπο ανήκουν, αλλά και για το υλικό κατασκευής του μονωτικού περιβλήματος και του πυρήνα, τον αριθμό και τη διάμετρο των πυρήνων, το πεδίο εφαρμογής και άλλες πληροφορίες.

Για παράδειγμα, εάν ένα προϊόν έχει το σήμα AVVGng 3x2,5, τότε αποκρυπτογραφείται ως εξής:

  • A – πυρήνας αλουμινίου.
  • Β – μονωτικό στρώμα πυρήνων από υλικό PVC (πολυβινυλοχλωρίδιο).
  • Β – το γενικό μονωτικό κέλυφος είναι επίσης κατασκευασμένο από PVC.
  • G – χωρίς πανοπλία.
  • ng – το προϊόν δεν υποστηρίζει την καύση.
  • 3x2,5 – τρεις πυρήνες με διατομή 2,5 mm2.

Από την αποκωδικοποίηση είναι σαφές ότι κάθε πυρήνας έχει τη δική του μόνωση και ένα κοινό περίβλημα, αντίστοιχα, αυτό το προϊόν είναι ένα καλώδιο. Η παρουσία του συμβόλου "E" στη σήμανση σημαίνει ότι το καλώδιο έχει οθόνη, P - προστασία από ελαστικό υλικό, B - θωράκιση από καύση και επιθετικά περιβάλλοντα, Ш - το προστατευτικό περίβλημα του καλωδίου παρουσιάζεται με τη μορφή ένα λάστιχο, και ούτω καθεξής.

Η σήμανση των καλωδίων διαφέρει από τα καλώδια μόνο με τη διαφορετική έννοια ορισμένων συμβόλων. Για παράδειγμα, εάν ένα άτομο έχει ένα προϊόν της μάρκας PuGV μπροστά του, τότε αυτό είναι ένα καλώδιο εγκατάστασης που έχει μόνωση από υλικό PVC και χαρακτηρίζεται από αυξημένα χαρακτηριστικά ευελιξίας.

Σπουδαίος!Λόγω του τεράστιου αριθμού των διαφόρων συνδυασμών συμβόλων στην επισήμανση προϊόντων ηλεκτρικών καλωδίων, μερικές φορές μπορεί να είναι δύσκολο να διαβαστεί. Σε τέτοιες περιπτώσεις, συνιστάται να καταφύγετε στη βοήθεια ειδικών βιβλίων αναφοράς ή πόρων στο Διαδίκτυο.

Οροι χρήσης

Το καλώδιο έχει βρει ευρύτερη χρήση σε ειδικές συνθήκες, σε αντίθεση με το σύρμα, καθώς έχει ενισχυμένη προστασία από διάφορες βλάβες. Όλες οι υπόγειες και υποβρύχιες επικοινωνίες πραγματοποιούνται μόνο από αυτόν. Τοποθετούνται επίσης σε εγκαταστάσεις επικίνδυνων πυρκαγιών, ορυχεία, δωμάτια με υψηλή διαβρωτική δραστηριότητα και άλλα.

Τα καλώδια, λόγω της χαμηλότερης προστασίας τους, χρησιμοποιούνται κυρίως μέσα σε ηλεκτρικές συσκευές, ηλεκτρικούς διανομείς και ως καλωδιώσεις κατοικιών· έξω από αυτά, συνιστάται η χρήση αγώγιμων ζυγών ή καλωδίων.

Ενδιαφέρον να γνωρίζεις.Τα προϊόντα καλωδίων έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και μεγαλύτερη απόδοση (μεγαλύτερη ένταση ρεύματος και τάση) λόγω της πολυστρωματικής μόνωσης, της πιθανής παρουσίας οθονών και στρωμάτων θωράκισης.

Είναι εξαιρετικά σημαντικό να ξεχωρίζετε τα καλώδια από τα καλώδια, καθώς η λανθασμένη χρήση τους δεν είναι ασφαλής. Γνωρίζοντας τις έννοιες που περιγράφονται παραπάνω και τις διαφορές μεταξύ καλωδίων και προϊόντων αγωγών, σίγουρα δεν θα προκύψει το ερώτημα "είναι καλώδιο ή καλώδιο".

βίντεο

Μαέστροι- ουσίες που διεξάγουν ηλεκτρικό ρεύμα λόγω της παρουσίας τους μεγάλη ποσότηταφορτία που μπορούν να κινούνται ελεύθερα (σε αντίθεση με τους μονωτές). Είναι του είδους I (πρώτο) και II (δεύτερο). Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των αγωγών τύπου Ι δεν συνοδεύεται από χημικές διεργασίες· προκαλείται από ηλεκτρόνια. Οι αγωγοί τύπου Ι περιλαμβάνουν: καθαρά μέταλλα, δηλαδή μέταλλα χωρίς ακαθαρσίες, κράματα, μερικά άλατα, οξείδια και έναν αριθμό οργανική ύλη. Σε ηλεκτρόδια κατασκευασμένα από αγωγούς τύπου Ι, λαμβάνει χώρα η διαδικασία μεταφοράς ενός κατιόντος μετάλλου σε ένα διάλυμα ή από ένα διάλυμα στη μεταλλική επιφάνεια. Οι αγωγοί τύπου II περιλαμβάνουν ηλεκτρολύτες. Η διέλευση ρεύματος σε αυτά συνδέεται με χημικές διεργασίες και προκαλείται από την κίνηση θετικών και αρνητικών ιόντων.

Ηλεκτρόδια πρώτου είδους.Στην περίπτωση μεταλλικών ηλεκτροδίων του πρώτου είδους, τέτοια ιόντα θα είναι μεταλλικά κατιόντα, και στην περίπτωση μεταλλοειδών ηλεκτροδίων του πρώτου είδους, μεταλλοειδή ανιόντα. Ασημένιο ηλεκτρόδιο πρώτου είδους Ag + /Ag. Απαντάται με την αντίδραση Ag + + μι-= Ag και δυναμικό ηλεκτροδίου

μι Ag + /Ag = Ag + / Ag+ σι 0 lg έναΑγ+.

Μετά την αντικατάσταση αριθμητικών τιμών μι 0 και σι 0 στους 25 o C:

Ένα παράδειγμα μεταλλοειδών ηλεκτροδίων του πρώτου είδους είναι το ηλεκτρόδιο σεληνίου Se 2- /Se, Se + 2 μι-= Se 2 ; στους 25 o C μι Se 2- /Se 0 = -0,92 - 0,03lg έναΒλέπε 2- .

Ηλεκτρόδια δεύτερου είδους- ημικύτταρα που αποτελούνται από ένα μέταλλο επικαλυμμένο με ένα στρώμα μιας ελάχιστα διαλυτής ένωσης (άλας, οξείδιο ή υδροξείδιο) και βυθισμένο σε διάλυμα που περιέχει το ίδιο ανιόν με τη λιγο-διαλυτή ένωση του μετάλλου του ηλεκτροδίου. Σχηματικά, ένα ηλεκτρόδιο του δεύτερου είδους μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής: Α Ζ-/Μ.Α., Μ, και η αντίδραση που συμβαίνει σε αυτό είναι ΜΑ + ζε = Μ + Α Ζ - .

Εξ ου και η εξίσωση για δυναμικό ηλεκτροδίουθα:

Ηλεκτρόδια καλομέλαςείναι επικαλυμμένο με υδράργυρο με πάστα καλομέλας και σε επαφή με διάλυμα KCl.

Cl - / Hg 2 Cl 2 , Hg.

Η αντίδραση ηλεκτροδίου μειώνεται στην αναγωγή της καλομέλας σε μεταλλικό ανιόν υδραργύρου και χλωρίου:

Το δυναμικό του ηλεκτροδίου καλομέλας είναι αναστρέψιμο σε σχέση με τα ιόντα χλωρίου και καθορίζεται από τη δραστηριότητά τους:

Στους 25 o C, το δυναμικό του ηλεκτροδίου καλομέλας βρίσκεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση:

Ηλεκτρόδια θειικού υδραργύρου SO 4 2 - /Hg 2 SO 4 , Hg είναι παρόμοια με την καλομέλα με τη μόνη διαφορά ότι ο υδράργυρος εδώ καλύπτεται με ένα στρώμα πάστας Hg και θειικού υδραργύρου και το H 2 SO 4 χρησιμοποιείται ως διάλυμα. Το δυναμικό ενός ηλεκτροδίου θειικού υδραργύρου στους 25 o C εκφράζεται με την εξίσωση:

Ηλεκτρόδιο χλωριούχου αργύρουείναι ένα σύστημα Cl - /AgCl, Ag, και το δυναμικό του αντιστοιχεί στην εξίσωση:

μι Cl - /AgCl, Ag = μι 0 Cl - /AgCl, Ag - σι lg ένα Cl-

ή στους 25 o C:

μι Cl - /AgCl, Ag = 0,2224 - 0,0592 lg ένα Cl-.

Στην ηλεκτρική μηχανική χρησιμοποιούνται διάφορα υλικά. Ηλεκτρικές ιδιότητεςΟι ουσίες καθορίζονται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων στην τροχιά εξωτερικού σθένους. Όσο λιγότερα ηλεκτρόνια υπάρχουν σε αυτή την τροχιά, όσο πιο αδύναμα είναι συνδεδεμένα με τον πυρήνα, τόσο πιο εύκολα μπορούν να ταξιδέψουν.

Υπό την επίδραση των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας, τα ηλεκτρόνια διαχωρίζονται από το άτομο και κινούνται στον διατομικό χώρο. Τέτοια ηλεκτρόνια ονομάζονται ελεύθερα και δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα στους αγωγούς. Είναι ο διατομικός χώρος μεγάλος, υπάρχει χώρος για ελεύθερα ηλεκτρόνια να ταξιδέψουν μέσα στην ουσία;

Η δομή των στερεών και των υγρών εμφανίζεται συνεχής και πυκνή, μοιάζοντας στη δομή μιας μπάλας νήματος. Αλλά στην πραγματικότητα ακόμη και στερεάπερισσότερο σαν δίχτυ ψαρέματος ή βόλεϊ. Φυσικά, αυτό δεν φαίνεται σε καθημερινό επίπεδο, αλλά είναι ακριβές επιστημονική έρευναΈχει διαπιστωθεί ότι οι αποστάσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων και των πυρήνων των ατόμων είναι πολύ μεγαλύτερες από τα δικά τους μεγέθη.

Εάν το μέγεθος του πυρήνα ενός ατόμου αντιπροσωπεύεται ως μια μπάλα στο μέγεθος ενός ποδοσφαίρου, τότε τα ηλεκτρόνια σε ένα τέτοιο μοντέλο θα έχουν το μέγεθος ενός μπιζελιού και κάθε τέτοιο μπιζέλι βρίσκεται από τον «πυρήνα» σε απόσταση αρκετές εκατοντάδες ή και χιλιάδες μέτρα. Και μεταξύ του πυρήνα και του ηλεκτρονίου υπάρχει κενό - απλά δεν υπάρχει τίποτα! Αν φανταστούμε τις αποστάσεις μεταξύ των ατόμων μιας ουσίας στην ίδια κλίμακα, οι διαστάσεις θα είναι απολύτως φανταστικές - δεκάδες και εκατοντάδες χιλιόμετρα!

Καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού είναι μέταλλα. Για παράδειγμα, τα άτομα χρυσού και αργύρου έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο στην εξωτερική τους τροχιά, επομένως είναι οι καλύτεροι αγωγοί. Ο σίδηρος μεταφέρει επίσης ηλεκτρισμό, αλλά κάπως χειρότερα.

Διοχετεύουν τον ηλεκτρισμό ακόμα χειρότερα κράματα υψηλής αντοχής. Αυτά είναι το nichrome, το manganin, το konstantan, το fechral και άλλα. Μια τέτοια ποικιλία κραμάτων υψηλής αντίστασης οφείλεται στο γεγονός ότι έχουν σχεδιαστεί για να λύνουν διάφορα καθήκοντα: θερμαντικά στοιχεία, μετρητές καταπόνησης, τυπικές αντιστάσεις για όργανα μέτρησης και πολλά άλλα.

Προκειμένου να αξιολογηθεί η ικανότητα ενός υλικού να άγει ηλεκτρισμό, εισήχθη η έννοια "ηλεκτρική αγωγιμότητα". Αντίστροφη έννοια - αντίσταση. Στη μηχανική, αυτές οι έννοιες αντιστοιχούν στο ειδικό βάρος.

Μονωτές, σε αντίθεση με τους αγωγούς, δεν τείνουν να χάνουν ηλεκτρόνια. Σε αυτά, ο δεσμός μεταξύ του ηλεκτρονίου και του πυρήνα είναι πολύ ισχυρός και δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου ελεύθερα ηλεκτρόνια. Πιο συγκεκριμένα, υπάρχει, αλλά πολύ λίγο. Ταυτόχρονα, σε ορισμένους μονωτές υπάρχουν περισσότερα από αυτά και η ποιότητα μόνωσής τους είναι αντίστοιχα χειρότερη. Αρκεί να συγκρίνετε, για παράδειγμα, κεραμικά και χαρτί. Επομένως, οι μονωτές μπορούν να χωριστούν σε καλούς και κακούς.

Η εμφάνιση ελεύθερων φορτίων ακόμη και σε μονωτές οφείλεται σε θερμικές δονήσεις ηλεκτρονίων: υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών, οι μονωτικές ιδιότητες επιδεινώνονται· ορισμένα ηλεκτρόνια εξακολουθούν να καταφέρνουν να απομακρυνθούν από τον πυρήνα.

Ομοίως, η ειδική αντίσταση ενός ιδανικού αγωγού θα ήταν μηδέν. Αλλά ευτυχώς δεν υπάρχει τέτοιος οδηγός: φανταστείτε πώς θα ήταν ο νόμος του Ohm ((I = U/R) με μηδέν στον παρονομαστή!!! Αντίο μαθηματικά και ηλεκτρολογική μηχανική.

Και μόνο σε θερμοκρασία απόλυτου μηδέν (-273,2C°) οι θερμικές διακυμάνσεις σταματούν εντελώς και ο χειρότερος μονωτήρας γίνεται αρκετά καλός. Για να προσδιορίσουν αριθμητικά ότι «αυτό» είναι κακό ή καλό, χρησιμοποιούν την έννοια της ειδικής αντίστασης. Αυτή είναι η αντίσταση σε Ohms ενός κύβου με μήκος άκρης 1 cm, η διάσταση της ειδικής αντίστασης λαμβάνεται σε Ohms/cm. Η ειδική αντίσταση ορισμένων ουσιών φαίνεται παρακάτω. Η αγωγιμότητα είναι η αντίστροφη αντίσταση, - Μονάδα μέτρησης Siemens, - 1Sm = 1 / Ohm.

Η καλή αγωγιμότητα ή χαμηλή ειδική αντίσταση έχουν: ασήμι 1,5*10^(-6), διαβάζεται ως (ενάμιση έως δέκα στην ισχύ μείον έξι), χαλκός 1,78*10^(-6), αλουμίνιο 2,8* 10^(- 6). Η αγωγιμότητα των κραμάτων με υψηλή αντίσταση είναι πολύ χειρότερη: σταθερά 0,5*10^(-4), νικρώμιο 1,1*10^(-4). Αυτά τα κράματα μπορούν να ονομαστούν κακοί αγωγοί. Μετά από όλους αυτούς τους μιγαδικούς αριθμούς, θα πρέπει να αντικαταστήσετε το Ohm/cm.

Επόμενο μέσα ξεχωριστή ομάδαδιακρίνονται οι ημιαγωγοί: γερμάνιο 60 Ohm/cm, πυρίτιο 5000 Ohm/cm, σελήνιο 100.000 Ohm/cm. Η ειδική αντίσταση αυτής της ομάδας είναι μεγαλύτερη από αυτή των κακών αγωγών, αλλά μικρότερη από αυτή των κακών μονωτών, για να μην αναφέρουμε τους καλούς. Πιθανώς, με την ίδια επιτυχία, οι ημιαγωγοί θα μπορούσαν να ονομαστούν ημιμονωτές.

Μετά από μια τόσο σύντομη γνωριμία με τη δομή και τις ιδιότητες του ατόμου, θα πρέπει κανείς να εξετάσει πώς αλληλεπιδρούν τα άτομα μεταξύ τους, πώς αλληλεπιδρούν τα άτομα μεταξύ τους και πώς λαμβάνονται μόρια από αυτά, από τα οποία αποτελούνται διάφορες ουσίες. Για να γίνει αυτό, θα πρέπει και πάλι να θυμηθούμε τα ηλεκτρόνια στην εξωτερική τροχιά του ατόμου. Άλλωστε είναι αυτοί που συμμετέχουν στη σύνδεση των ατόμων σε μόρια και καθορίζουν το φυσικό και Χημικές ιδιότητεςουσίες.

Πώς κατασκευάζονται τα μόρια από τα άτομα

Οποιοδήποτε άτομο βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση εάν υπάρχουν 8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του τροχιά. Δεν επιδιώκει να πάρει ηλεκτρόνια από γειτονικά άτομα, αλλά δεν εγκαταλείπει τα δικά του. Για να επαληθεύσουμε την εγκυρότητα αυτού, αρκεί να δούμε τα αδρανή αέρια στον περιοδικό πίνακα: νέον, αργό, κρυπτόν, ξένον. Κάθε ένα από αυτά έχει 8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τροχιά, γεγονός που εξηγεί την απροθυμία αυτών των αερίων να συνάψουν οποιεσδήποτε σχέσεις ( χημικές αντιδράσεις) με άλλα άτομα, χτίστε μόρια χημικών ουσιών.

Η κατάσταση είναι εντελώς διαφορετική για εκείνα τα άτομα που δεν έχουν τα πολυπόθητα 8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τους τροχιά. Τέτοια άτομα προτιμούν να ενώνονται με άλλα προκειμένου να συμπληρώσουν την εξωτερική τους τροχιά με έως και 8 ηλεκτρόνια και να επιτύχουν μια ήρεμη, σταθερή κατάσταση.

Για παράδειγμα, εδώ είναι το γνωστό μόριο νερού H2O. Αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.

Εικόνα 1

Στο πάνω μέρος του σχήματος φαίνονται χωριστά δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου. Υπάρχουν 6 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τροχιά του οξυγόνου και δύο ηλεκτρόνια σε δύο άτομα υδρογόνου κοντά. Το οξυγόνο στερείται μόλις δύο ηλεκτρονίων στην εξωτερική του τροχιά για να φτάσει στον πολυπόθητο αριθμό 8, τον οποίο θα λάβει συνδέοντας δύο άτομα υδρογόνου στον εαυτό του.

Σε κάθε άτομο υδρογόνου λείπουν 7 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του τροχιά για να είναι απόλυτα ευτυχισμένο. Το πρώτο άτομο υδρογόνου δέχεται 6 ηλεκτρόνια από το οξυγόνο στην εξωτερική του τροχιά και ένα ακόμη ηλεκτρόνιο από το δίδυμό του, το δεύτερο άτομο υδρογόνου. Υπάρχουν τώρα 8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του τροχιά μαζί με το ηλεκτρόνιό του. Το δεύτερο άτομο υδρογόνου ολοκληρώνει επίσης την εξωτερική του τροχιά προς τον πολυπόθητο αριθμό 8. Αυτή η διαδικασία φαίνεται στο κάτω μέρος του Σχήματος 1.

Το σχήμα 2 δείχνει τη διαδικασία συνδυασμού ατόμων νατρίου και χλωρίου. Το αποτέλεσμα είναι το χλωριούχο νάτριο, το οποίο πωλείται στα καταστήματα με την ονομασία επιτραπέζιο αλάτι.

Σχήμα 2. Η διαδικασία συνδυασμού ατόμων νατρίου και χλωρίου

Και εδώ, ο καθένας από τους συμμετέχοντες λαμβάνει από τον άλλον τον αριθμό των ηλεκτρονίων που λείπουν: το χλώριο προσθέτει ένα μόνο ηλεκτρόνιο νατρίου στα δικά του επτά ηλεκτρόνια, ενώ δίνει το δικό του στο άτομο νατρίου. Και τα δύο άτομα έχουν 8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τροχιά, γεγονός που εξασφαλίζει πλήρη συμφωνία και ευημερία.

Σθένος ατόμων

Τα άτομα που έχουν 6 ή 7 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τους τροχιά τείνουν να συνδέουν 1 ή 2 ηλεκτρόνια με τον εαυτό τους. Τέτοια άτομα λέγεται ότι είναι μονοσθενή ή δισθενή. Αλλά αν υπάρχουν 1, 2 ή 3 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τροχιά ενός ατόμου, τότε ένα τέτοιο άτομο τείνει να τα δώσει μακριά. Στην περίπτωση αυτή, το άτομο θεωρείται ένα, δύο ή τρισθενές.

Εάν η εξωτερική τροχιά ενός ατόμου περιέχει 4 ηλεκτρόνια, τότε ένα τέτοιο άτομο προτιμά να ενωθεί με το ίδιο, το οποίο έχει επίσης 4 ηλεκτρόνια. Έτσι συνδυάζονται τα άτομα γερμανίου και πυριτίου για να φτιάξουν τρανζίστορ. Στην περίπτωση αυτή, τα άτομα ονομάζονται τετρασθενή. (Τα άτομα γερμανίου ή πυριτίου μπορούν επίσης να συνδυαστούν με άλλα στοιχεία, όπως το οξυγόνο ή το υδρογόνο, αλλά αυτές οι ενώσεις δεν είναι ενδιαφέρουσες για την ιστορία μας.)

Το σχήμα 3 δείχνει ένα άτομο γερμανίου ή πυριτίου που θέλει να συνδυαστεί με ένα παρόμοιο άτομο. Οι μικροί μαύροι κύκλοι είναι τα ηλεκτρόνια του ίδιου του ατόμου και οι φωτεινοί κύκλοι υποδεικνύουν τα μέρη όπου θα πέσουν τα ηλεκτρόνια των τεσσάρων γειτονικών ατόμων.

Εικόνα 3. Άτομο γερμανίου (πυρίτιο).

Κρυσταλλική δομή ημιαγωγών

Τα άτομα γερμανίου και πυριτίου βρίσκονται στην ίδια ομάδα με τον άνθρακα στον περιοδικό πίνακα ( χημική φόρμουλαΤα διαμάντια C είναι απλά μεγάλοι κρύσταλλοι άνθρακα που λαμβάνονται υπό ορισμένες συνθήκες) και επομένως, όταν συνδυάζονται, σχηματίζουν ένα διαμάντι κρυσταλλική δομή. Ο σχηματισμός μιας τέτοιας δομής φαίνεται, φυσικά, σε απλοποιημένη μορφή στο σχήμα 4.

Εικόνα 4.

Υπάρχει ένα άτομο γερμανίου στο κέντρο του κύβου και 4 ακόμη άτομα βρίσκονται στις γωνίες. Το άτομο που απεικονίζεται στο κέντρο του κύβου συνδέεται με τα ηλεκτρόνια του σθένους με τους πλησιέστερους γείτονές του. Με τη σειρά τους, τα γωνιακά άτομα δίνουν τα ηλεκτρόνια σθένους στο άτομο που βρίσκεται στο κέντρο του κύβου και στους γείτονές του - άτομα που δεν φαίνονται στο σχήμα. Έτσι, οι εξωτερικές τροχιές συμπληρώνονται σε οκτώ ηλεκτρόνια. Φυσικά, δεν υπάρχει κύβος στο κρυσταλλικό πλέγμα, απλά φαίνεται στο σχήμα έτσι ώστε η σχετική, ογκομετρική διάταξη των ατόμων να είναι ξεκάθαρη.

Αλλά για να απλοποιηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο η ιστορία για τους ημιαγωγούς, το κρυσταλλικό πλέγμα μπορεί να απεικονιστεί ως επίπεδο σχηματικό σχέδιο, παρά το γεγονός ότι οι διατομικοί δεσμοί εξακολουθούν να βρίσκονται στο διάστημα. Ένα τέτοιο διάγραμμα φαίνεται στο σχήμα 5.

Εικόνα 5. Κρυσταλλικό πλέγμα γερμανίου σε επίπεδη μορφή.

Σε έναν τέτοιο κρύσταλλο, όλα τα ηλεκτρόνια είναι στενά συνδεδεμένα με τα άτομα με τους δεσμούς σθένους τους, επομένως προφανώς απλά δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια εδώ. Αποδεικνύεται ότι αυτό που βλέπουμε στο σχήμα είναι ένας μονωτήρας, αφού δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια σε αυτό. Αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι.

Αυτοαγωγιμότητα

Το γεγονός είναι ότι υπό την επίδραση της θερμοκρασίας, ορισμένα ηλεκτρόνια εξακολουθούν να καταφέρνουν να απομακρυνθούν από τα άτομά τους και για κάποιο χρονικό διάστημα να απελευθερωθούν από τη σύνδεση με τον πυρήνα. Ως εκ τούτου, ένας μικρός αριθμός ελεύθερων ηλεκτρονίων υπάρχει σε έναν κρύσταλλο γερμανίου, λόγω των οποίων είναι δυνατή η διεξαγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Πόσα ελεύθερα ηλεκτρόνια υπάρχουν σε έναν κρύσταλλο γερμανίου υπό κανονικές συνθήκες;

Δεν υπάρχουν μόνο δύο τέτοια ελεύθερα ηλεκτρόνια ανά 10^10 (δέκα δισεκατομμύρια) άτομα, επομένως το γερμάνιο είναι φτωχός αγωγός ή, όπως λένε, ημιαγωγός. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι μόνο ένα γραμμάριο γερμανίου περιέχει 10^22 (δέκα χιλιάδες δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια) άτομα, τα οποία σας επιτρέπουν να "λάβετε" περίπου δύο χιλιάδες δισεκατομμύρια ελεύθερα ηλεκτρόνια. Φαίνεται να είναι αρκετό για να περάσει ένα μεγάλο ηλεκτρικό ρεύμα. Για να κατανοήσουμε αυτό το ζήτημα, αρκεί να θυμηθούμε τι είναι ρεύμα 1 Α.

Ένα ρεύμα 1 Α αντιστοιχεί στη διέλευση ενός αγωγού σε ένα δευτερόλεπτο. ηλεκτρικό φορτίοσε 1 Coulomb, ή 6*10^18 (έξι δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια) ηλεκτρόνια ανά δευτερόλεπτο. Σε αυτό το φόντο, δύο χιλιάδες δισεκατομμύρια ελεύθερα ηλεκτρόνια, ακόμη και διασκορπισμένα σε έναν τεράστιο κρύσταλλο, δύσκολα μπορούν να εξασφαλίσουν τη διέλευση μεγάλων ρευμάτων. Αν και, λόγω της θερμικής κίνησης, υπάρχει μικρή αγωγιμότητα στο γερμάνιο. Αυτή είναι η λεγόμενη εγγενής αγωγιμότητα.

Ηλεκτρονική αγωγιμότητα και αγωγιμότητα οπών

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, προσδίδεται επιπλέον ενέργεια στα ηλεκτρόνια, οι θερμικές δονήσεις τους γίνονται πιο ενεργητικές, με αποτέλεσμα κάποια ηλεκτρόνια να καταφέρνουν να αποσπαστούν από τα άτομά τους. Αυτά τα ηλεκτρόνια γίνονται ελεύθερα και, ελλείψει εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου, εκτελούν χαοτικές κινήσεις και κινούνται στον ελεύθερο χώρο.

Τα άτομα που έχουν χάσει ηλεκτρόνια δεν μπορούν να εκτελέσουν τυχαίες κινήσεις, αλλά ταλαντώνονται ελαφρά μόνο σε σχέση με την κανονική τους θέση στο κρυσταλλικό πλέγμα. Αυτά τα άτομα που έχουν χάσει ηλεκτρόνια ονομάζονται θετικά ιόντα. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι στη θέση των ηλεκτρονίων που αποσπώνται από τα άτομα τους, προκύπτουν ελεύθεροι χώροι, οι οποίοι συνήθως ονομάζονται οπές.

Γενικά, ο αριθμός των ηλεκτρονίων και των οπών είναι ο ίδιος, επομένως μια τρύπα μπορεί να αρπάξει ένα ηλεκτρόνιο που τυχαίνει να βρίσκεται κοντά. Ως αποτέλεσμα, το άτομο αλλάζει ξανά από θετικό ιόν σε ουδέτερο. Η διαδικασία συνδυασμού ηλεκτρονίων με οπές ονομάζεται ανασυνδυασμός.

Ο διαχωρισμός των ηλεκτρονίων από τα άτομα συμβαίνει με την ίδια συχνότητα, επομένως, κατά μέσο όρο, ο αριθμός των ηλεκτρονίων και των οπών για έναν συγκεκριμένο ημιαγωγό είναι ίσος, είναι σταθερή τιμή και εξαρτάται από τις εξωτερικές συνθήκες, κυρίως τη θερμοκρασία.

Εάν εφαρμοστεί τάση σε έναν κρύσταλλο ημιαγωγών, η κίνηση των ηλεκτρονίων θα γίνει τακτική και ένα ρεύμα θα ρέει μέσω του κρυστάλλου λόγω της αγωγιμότητας ηλεκτρονίων και οπών. Αυτή η αγωγιμότητα ονομάζεται εγγενής αγωγιμότητα, αναφέρθηκε ήδη λίγο υψηλότερα.

Αλλά οι ημιαγωγοί στην καθαρή τους μορφή, που έχουν ηλεκτρονική αγωγιμότητα και αγωγιμότητα οπών, είναι ακατάλληλοι για την κατασκευή διόδων, τρανζίστορ και άλλων εξαρτημάτων, καθώς η βάση αυτών των συσκευών είναι μια διασταύρωση p-n (διαβάστε "pe-en").

Για να επιτευχθεί μια τέτοια μετάβαση, χρειάζονται δύο τύποι ημιαγωγών, δύο τύποι αγωγιμότητας (p - θετικό - θετικό, τρύπα) και (n - αρνητικό - αρνητικό, ηλεκτρονικό). Αυτοί οι τύποι ημιαγωγών κατασκευάζονται με ντόπινγκ, προσθέτοντας ακαθαρσίες σε καθαρούς κρυστάλλους γερμανίου ή πυριτίου.

Αν και η ποσότητα των ακαθαρσιών είναι πολύ μικρή, η παρουσία τους σε σε ένα μεγάλο βαθμόαλλάζει τις ιδιότητες του ημιαγωγού, σας επιτρέπει να αποκτήσετε ημιαγωγούς διαφορετικής αγωγιμότητας. Αυτό θα συζητηθεί στο επόμενο μέρος του άρθρου.

Μπόρις Αλαντίσκιν,

Τι είναι ο ημιαγωγός και με τι τρώγεται;

Ημιαγωγός- ένα υλικό που δεν μπορούμε να φανταστούμε χωρίς σύγχρονος κόσμοςτεχνολογία και ηλεκτρονικά. Ημιαγωγοίπαρουσιάζουν ιδιότητες μετάλλων και μη μετάλλων υπό ορισμένες συνθήκες. Σύμφωνα με τη συγκεκριμένη τιμή ηλεκτρική αντίστασηΟι ημιαγωγοί καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση μεταξύ καλών αγωγών και διηλεκτρικών. Ημιαγωγόςδιαφέρει από τους αγωγούς στην ισχυρή εξάρτηση της ειδικής αγωγιμότητας από την παρουσία ακαθαρσιών στοιχείων (στοιχεία ακαθαρσίας) στο κρυσταλλικό πλέγμα και τη συγκέντρωση αυτών των στοιχείων, καθώς και από τη θερμοκρασία και την έκθεση σε διάφορους τύπους ακτινοβολίας.
Βασική ιδιότητα ενός ημιαγωγού- αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας με την αύξηση της θερμοκρασίας.
Οι ημιαγωγοί είναι ουσίες των οποίων το διάκενο ζώνης είναι της τάξης πολλών ηλεκτρονιοβολτ (eV). Για παράδειγμα, το διαμάντι μπορεί να ταξινομηθεί ως ημιαγωγός μεγάλου διακένου και το αρσενίδιο του ινδίου μπορεί να ταξινομηθεί ως ημιαγωγός στενού διακένου. Το διάκενο ζώνης είναι το πλάτος του ενεργειακού κενού μεταξύ του πυθμένα της ζώνης αγωγιμότητας και της κορυφής της ζώνης σθένους, στο οποίο δεν υπάρχουν επιτρεπόμενες καταστάσεις για το ηλεκτρόνιο.
Το μέγεθος του κενού ζώνης είναι σημαντικό κατά τη δημιουργία φωτός σε LED και λέιζερ ημιαγωγών και καθορίζει την ενέργεια των εκπεμπόμενων φωτονίων.

Οι ημιαγωγοί περιλαμβάνουν πολλούς χημικά στοιχεία: Silicon, Ge germanium, As αρσενικό, Se σελήνιο, Te Tellurium και άλλα, καθώς και όλα τα είδη κραμάτων και χημικές ενώσεις, για παράδειγμα: ιωδιούχο πυρίτιο, αρσενίδιο του γαλλίου, τελουρίτης υδραργύρου κ.λπ.). Γενικά, σχεδόν τα πάντα ανόργανες ουσίεςο κόσμος γύρω μας είναι ημιαγωγοί. Ο πιο κοινός ημιαγωγός στη φύση είναι το πυρίτιο, το οποίο, σύμφωνα με πρόχειρες εκτιμήσεις, αποτελεί σχεδόν το 30% του φλοιού της γης.

Ανάλογα με το αν ένα άτομο ενός στοιχείου ακαθαρσίας εγκαταλείπει ένα ηλεκτρόνιο ή το συλλαμβάνει, τα άτομα ακαθαρσίας ονομάζονται άτομα δότη ή δέκτη. Οι ιδιότητες δότη και δέκτη ενός ατόμου ενός στοιχείου ακαθαρσίας εξαρτώνται επίσης από το άτομο κρυσταλλικού πλέγματοςαντικαθιστά σε ποιο κρυσταλλογραφικό επίπεδο είναι ενσωματωμένο.
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι αγώγιμες ιδιότητες των ημιαγωγών εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία και όταν η θερμοκρασία φτάσει στο απόλυτο μηδέν (-273 ° C), οι ημιαγωγοί έχουν τις ιδιότητες των διηλεκτρικών.

Με βάση τον τύπο αγωγιμότητας, οι ημιαγωγοί χωρίζονται σε τύπου n και τύπου p

ημιαγωγός τύπου n

Με βάση τον τύπο της αγωγιμότητας, οι ημιαγωγοί χωρίζονται σε τύπου n και τύπου p.

Ένας ημιαγωγός τύπου n έχει φύση ακαθαρσίας και άγει ηλεκτρικό ρεύμα όπως τα μέταλλα. Τα στοιχεία ακαθαρσίας που προστίθενται σε ημιαγωγούς για την παραγωγή ημιαγωγών τύπου n ονομάζονται στοιχεία δότη. Ο όρος "n-type" προέρχεται από τη λέξη "αρνητικό", που αναφέρεται στο αρνητικό φορτίο που μεταφέρεται από ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο.

Η θεωρία της διαδικασίας μεταφοράς φορτίου περιγράφεται ως εξής:

Ένα στοιχείο πρόσμειξης, πεντασθενές ως αρσενικό, προστίθεται στο τετρασθενές πυρίτιο Si. Κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης, κάθε άτομο αρσενικού εισέρχεται σε ομοιοπολικό δεσμό με άτομα πυριτίου. Ωστόσο, παραμένει ένα πέμπτο ελεύθερο άτομο αρσενικού, το οποίο δεν έχει θέση στους δεσμούς κορεσμένου σθένους, και μετακινείται σε μια μακρινή τροχιά ηλεκτρονίων, όπου απαιτείται λιγότερη ενέργεια για να αφαιρεθεί ένα ηλεκτρόνιο από το άτομο. Το ηλεκτρόνιο διασπάται και γίνεται ελεύθερο, ικανό να μεταφέρει φορτίο. Έτσι, η μεταφορά φορτίου πραγματοποιείται από ένα ηλεκτρόνιο, όχι από μια οπή, δηλαδή, αυτός ο τύπος ημιαγωγών άγει ηλεκτρικό ρεύμα όπως τα μέταλλα.
Το αντιμόνιο Sb βελτιώνει επίσης τις ιδιότητες ενός από τους πιο σημαντικούς ημιαγωγούς - το γερμάνιο Ge.

ημιαγωγός τύπου p

Ένας ημιαγωγός τύπου p, εκτός από τη βάση ακαθαρσιών, χαρακτηρίζεται από την τρύπα φύση της αγωγιμότητας. Οι ακαθαρσίες που προστίθενται σε αυτή την περίπτωση ονομάζονται προσμίξεις δέκτη.
Το "p-type" προέρχεται από τη λέξη "θετικό", που αναφέρεται στο θετικό φορτίο των πλειοψηφικών φορέων.
Για παράδειγμα, μια μικρή ποσότητα ατόμων τρισθενούς ινδίου προστίθεται σε ένα ημιαγωγό, τετρασθενές πυρίτιο Si. Στην περίπτωσή μας, το ίνδιο θα είναι ένα στοιχείο ακαθαρσίας, τα άτομα του οποίου δημιουργούν έναν ομοιοπολικό δεσμό με τρία γειτονικά άτομα πυριτίου. Αλλά το πυρίτιο έχει έναν ελεύθερο δεσμό ενώ το άτομο του ινδίου δεν έχει ηλεκτρόνιο σθένους, επομένως συλλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο σθένους από τον ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ γειτονικών ατόμων πυριτίου και γίνεται ένα αρνητικά φορτισμένο ιόν, σχηματίζοντας μια λεγόμενη οπή και, κατά συνέπεια, μια τρύπα μετάβαση.
Σύμφωνα με το ίδιο σχήμα, το In ndium προσδίδει αγωγιμότητα οπής στο γερμάνιο Ge.

Διερεύνηση ιδιοτήτων ημιαγωγικών στοιχείων και υλικών, μελέτη ιδιοτήτων επαφής μεταξύ αγωγού και ημιαγωγού, πειραματισμός στην κατασκευή ημιαγωγών υλικών, O.V. Ο Losev δημιούργησε το πρωτότυπο του σύγχρονου LED τη δεκαετία του 1920.