Изучение физики в школе. Обучающие программы.

Выберите, пожалуйста,
интересующую Вас тему:

Введение

Атомная физика

Электромагнетизм

Механика

Теплота и молекулярная физика

Волны

Оптика

Теория относительности

Колебания

Астрономия

>> Электромагнетизм

Описание программы pprovodn

Скачать эту программу 37 Kb

                         Программа pprovodn.

   Программа предназначена для того,  чтобы  помочь  учителю  наглядно
объяснить, а ученику понять механизм собственной проводимости полупро-
водника в классической интерпретации.
   Запустив программу, видим на экране схематическое изображение атома
кремния - типичного представителя полупроводников. Поясняется, что яд-
ро атома  (с  зарядом +14) и десять внутренних электронов образуют ус-
тойчивый комплекс - положительный ион,  общий заряд которого равен +4.
Вокруг иона  вращаются четыре далеких от ядра и потому слабо связанных
с ядром так называемых в а л е н т н ы х электрона (нажав пробел, наб-
людаем соответствующую  схему).  Далее указывается,  что при сближении
атомов кремния между ними устанавливается ковалентная связь: по одному
валентному электрону от каждого атома идет на создание электронной па-
ры, связывающей эти атомы. Продолжая нажимать пробел, видим, как такая
связь между  двумя атомами кремния изображается двумя черточками,  как
при объединении многих атомов в кристалл  между  ними  устанавливаются
подобные связи.  Отмечается, что в этом случае валентные электроны те-
ряют свою принадлежность к "своим" атомам,  принадлежат  теперь  всему
кристаллу и свободно перемещаться от атома к атому,  не покидая, одна-
ко, парно-электронных связей.  Но такое несвободное поведение электро-
нов происходит только при очень низких температурах,  когда их кинети-
ческой энергии теплового движения недостаточно для  совершения  работы
выхода из  связи (энергии ионизации,  которая у разных полупроводников
составляет величину порядка 1-2 э.-В).
   Подогреем кристалл показанной на дисплее спиралью так,  чтобы сред-
няя кинетическая энергия теплового движения электронов  приблизится  к
э.-В, но была меньше этой величины. В этом случае небольшое число наи-
более быстрых электронов,  которые приобрели энергию,  достаточную для
ионизации,  выйдут  из связей и станут свободными электронами проводи-
мости. В то же время, уход электрона из связи у какого то иона оставит
некомпенсированным   его   положительный   заряд,  который   называется
д ы р к о й.
   Дырка ведет себя как свободный положительный заряд. Она может пере-
мещаться по кристаллу:  если электрон из какой-либо соседней связи пе-
рескочит в дырку,  то он ее компенсирует,  а новая дырка появится там,
откуда он ушел.  Такой процесс эквивалентен перемещению дырки на новое
место. Все это можно видеть на экране, последовательно нажимая пробел.
   Программа демонстрирует, что при случайной встрече электрона с дыр-
кой они оба исчезают - происходит их взаимная компенсация - рекомбина-
ция. Учитель должен обратить на это внимание учащихся, предлагая прос-
ледить за движением какого либо электрона(например, первого освободив-
шегося в верхнем ряду после включения нагревателя).
   Продолжая последовательно нажимать пробел,  наблюдаем появление но-
вых дырок и электронов,  их хаотическое движение  и  рекомбинации  при
встречах. При желании пронаблюдать все это в ускоренном темпе, следует
нажать клавишу "1".
   Последующее нажатие пробела приведет к созданию электрического поля
внутри полупроводника,  направленного сверху вниз.  Теперь видим,  что
свободные электроны и дырки,  не прекращая хаотического движения,  од-
новременно стали перемещаться направленно: дырки по направлению элект-
рического поля  (то  есть  к отрицательному электроду),  а электроны в
противоположную сторону.  Подойдя к положительному электроду  (аноду),
электрон  уходит  в  него,  а дырка,  оказавшись вблизи отрицательного
электрода (катода),  принимает с него электрон и исчезает. При встрече
электрона и дырки внутри полупроводника они,  как и прежде, рекомбини-
руют.  Как и раньше,  продолжается рождение новых  дырок  и  свободных
электронов в результате нагрева полупроводника.  Для ускорения демонс-
трации (в автоматическом режиме) используют клавишу "1".
   Выход из программы производится клавишей Esc.