Luento 12. Kiinteät aineet
|
|
- Vilho Tuominen
- 8 vuotta sitten
- Katselukertoja:
Transkriptio
1 Kiinteät aineet Luento 12 Kiinteät aineet ja nesteet kuuluvat molemmat kondensoituneisiin aineisiin. Niissä atomien väliset etäisyydet ovat atomien koon suuruusluokkaa eli nm. Kiinteä aineen erottaa nesteestä se, että niillä on kiderakenne: atomit ovat järjestäytyneet säännöllisiksi rakenteiksi, jotka jatkuu samanlaisena läpi koko aineen (pitkän kantaman järjestys). Nesteissä ja amorfisissa aineissa atomien asemiin vaikuttavat vain lähellä olevat muut atomit (lyheyn kantaman järjestys). On myös olemassa ns nestekiteitä, joissa atomien välillä on verrattain pitkäkantoinen järjestyminen. (Ks. seuraava sivu.) 1
2 Nestekidenäytön toimintaperiaate: Etumaisen polarisaattorin jälkeen nestekiteen kierteelle järjestyneet molekyylit kääntävät polarisaatiota Valo läpäisee toisen polarisaattorin ja näytössä näkyy valo. Polarisaattoreiden väliin asetetaan jännite, joka kääntää kiteen molekyylit saman suuntaisiksi. Valon polarisaatiosuunta ei muutu, eikä valo läpäise jälkimmäistä polarisaattoria. Näyttö jää pimeäksi. 2
3 Kiteet Kidehilaksi kutsutaan säännöllistä, toistuvaa pistesysteemiä, joka ulottuu läpi koko avaruuden. Sen rakennetta voidaan kuvata alkeiskopin avulla. Eräiden kiteiden alkeiskopit: kuutiollinen Yksinkertainen sc Tilakeskinen bcc Pintakeskinen fcc heksagonaalinen ortorombinen yksinkertainen päätepintakeskinen tilakeskinen pintakeskinen (sc = simple cubic, bcc = body-centered cubic, fcc = face-centered cubic) Nämä ovat yksikkörakenteita, joihin kiteiden säännöllisenä toistuva rakenne perustuu. 3
4 Kidehilassa hilapisteiden etäisyys on noin atomin läpimitan luokkaa, joten todellisuudessa kiteen alkeislaatikot näyttävät tältä: Kiteessä kussakin hilapisteessä (kuvan pallukassa) on jonkin alkuaineen atomi. Atomien järjestystä alkeiskopin hilapisteissä kutsutaan kiteen kannaksi. Viereisessä kuvassa on natriumkloridin NaCl kiderakennetta. Kiderakenteen syntyminen voida ymmärtää aineen pyrkimyksenä pakkautua mahdollisimman pieneen tilaan (tiivispakkautuminen) Atomisidokset kiteissä Tärkeimmät sidostyypit kiteissä ovat ionisidos, kovalentti sidos ja metallisidos. Tunnetuin esimerkki kiteistä, joissa atomit liittyvät toisiinsa ionisidoksilla, on edellisen kuvan NaCl. Na + ja Cl - -ionit vuorottelevat hilapisteissä ja vuorovaikuttavat toistensa kanssa sähköisellä Coulombin voimalla. Vierekkäin olevien erimerkkisten ionien attraktio on suurempi kuin etäämpänä toistaan olevien samanmerkkisten 4 ionien repulsio.
5 Kovalenteista kiteistä esimerkki on timanttirakenteiset hiili, pii, germanium ja tina. Nämä aineet kuuluvat samaan jaksollisen järjestelmän ryhmään (ks luento 11, sivu 8). Niillä on neljä valenssielektronia, jotka kukin muodostavat kovalentin sidoksen tetrahedronin neljään kärkeen. Timanttirakenteen alkeiskopin voi ajatella syntyneen kahden pintakeskisen alkeiskopin yhdistelmänä, jossa toista on siirretty kaikissa kolmessa suunnassa neljäsosa hilavälin verran toiseen nähden. Metallikiteet Metallikiteen rakentuminen poikeaa luonteeltaan kemiallisista sidoksista. Siinä kaikki elektronit eivät liity yksittäisiin atomi-ioneihin vaan osa niistä voi liikkua monen atomin alueella. Niiden ja ionien attraktio pitää kiteen koossa. Elektronien vapaa liikkuminen tekee metalleista hyviä sähkön ja lämmön johtajia. Elektroneilla on metallissa monia kaasumaisia ominaisuuksia, puhutaan elektroni-kaasusta. Elektronit liikkuvat positiivisten ionien aiheuttamassa jaksollisessa potentiaalissa. 5
6 Yksinkertaisin malli on elektronien käyttäytymiselle on vapaalektronimalli, jossa elektronien vuorovaikutus (kiteen pintaa lukuun ottamatta) jätetään huomioimatta. Siinä jaksollinen potentiaali korvataan tasapohjaisella potentiaalikuopalla, jonka reunat vastaavat kiteen reunoja. (Puhutaan lisää myöhemmin.) Kidevirheet Todelliset kiteet poikkeavat usein täydellisestä kiderakenteesta, niissä on kidevirheitä. Tärkeimmät kidevirheet ovat seuraavat. Tasomaiset virheet: Usein kiteinen aine koostuu erillisistä pikkukiteistä, jolloin kiderakenne ei ole yhtenäinen. Viivamaiset virheet: Esimerkiksi dislokaatiot, joissa jokin kidetaso on siirtyneessä asemassa suhteessa muihin tai kiteessä on ylimääräinen kidetason osa (edge dislocation). Viivamaiset virheet voivat siirtyä suhteellisen pienen voiman vaikutuksesta aineessa eri paikkaan. Tällä on merkitystä esimerkiksi metallin muovattavuuden kannalta. Pistevirheet: vakanssit (tyhjät hilapaikat), välisijaatomi/vakanssiparit ja epäpuhtausatomit (esim. P raudassa, Fe alumiinissa, Mg:ssä ja Ti:ssa) tai elektroniaukot puolijohteissa (Si,Ge, GaAs jne). 6
7 Energiavyöt Ajatellaan suurta määrää (~10 24) identtisiä atomeja kaukana toisistaan. Niillä on samanlaiset energiatasot. Kun atomit tulevat lähelle toisiaan, niiden ulompien elektronien eli valenssielektronien aaltofunktiot alkavat osua päällekkäin. Silloin Paulin kieltosääntö ja sähköisen vuorovaikutuksen muuttuminen saa aaltofunktiot ja energiatilat muuttumaan. Niiden elektronitilojen, joiden paikan todennäköisyysjakautuma on suuri positiivisten ionien kohdalla, energiat laskevat. Jos taas tnjakutuman maksimit osuvat positiivisten ionien väliin, energiataso nousee, koska attraktio on siellä pienempi kuin ionien lähellä. Alun perin kaikille yhteinen energiataso jakautuu kiteen muodostuessa lukuisiksi, toisiaan lähellä oleviksi tasoiksi, käytännöllisesti katsoen yhtenäisiksi sallittujen tilojen energiavöiksi. 7
8 Kun atomit lähenevät toisiaan, osa energiatiloista jakautuu vöiksi. Kiteessä valenssielektronien määrä on Avogadron luvun (n ) suuruusluokkaa, joten energiavöissä on suunnattomasti eri energiatasoja. Eristeet, puolijohteet, johteet Spektri Energiavöiden luonne määrää aineen sähkönjohtokyvyn. Ratkaisevaa on se, miten energiavyöt ovat miehitetyt, jota puolestaan ohjaa Paulin kieltosääntö: kaikkien elektronien tulee olla eri kvanttitilassa. Eriste: Korkeimman täydellisesti miehitetyn vyön eli valenssivyön yläpuolella oleva seuraava vyö eli johtavuusvyö on tyhjä (tarkasti, kun T = 0 K). Kun eriste laitetaan sähkökenttään, elektronin pitäisi muuttaa hieman energiaansa liikkuakseen, mutta valenssivyössä ei ole vapaita energiatiloja. Elektronin pitäisi siirtyä johtavuusvyöhön, mutta vöiden välissä on tavallisesti niin iso energia-aukko ( gap,luokkaa 5 ev), että tähän riittää harvoin energiaa. Eristeessä ei siksi kulje juurikaan virtaa. 8
9 Puolijohde: Puolijohteessa tilat on miehitetty samalla tavalla kuin eristeessä, mutta valenssivyön ja johtavuusvyön välinen energia-aukko on puolijohteessa paljon pienempi (~1 ev) kuin eristeessä. Kun lämpötila kasvaa, elektronien määrä johtavuusvyössä kasvaa nopeasti ja siten myös johtavuus. Johde: Johteessa johtavuusvyössä on elektroneja jo nollalämpötilassa. Johtavuusvyö ei ola täynnä vaan siinä on runsaasti vapaita tiloja heti miehitettyjen tilojen yläpuolella. Elektroni voi siirtyä niihin, kun johteeseen tulee sähkökenttä. Johteessa voi siis helposti kulkea sähkövirta. Esimerkki Germaniumissa valenssivyön ja johtavuusvyön välinen energiaaukko on 0.67 ev. Johtavuusvyö on lähes tyhjä ja johtavuus heikko. Johtavuus paranee kuitenkin, kun germaniumiin osuu sähkömagneettista säteilyä. Millä aallonpituusalueella sm-säteily parantaa johtavuutta? Siirtymä valenssivyön yläreunasta johtavuusvyön alareunaan tapahtuu, jos λ hc E g ( = 15 ev s)( ev 8 m/s) = 1900 nm. 9
10 Vapaalektronimalli Vapaaelektronimallissa oletetaan isäntäatomistaan vapautuneet elektronit ovat atomissa täysin vapaita eli eivät vuorovaikuta positiivisten ionien tai toisten elektronien kanssa. Ainoastaan kiteen reunat vaikuttavat niiden kulkuun pakottamalla ne pysymään kiteen sisällä. Kvanttimekaanisesti tätä voidaan kuvata kolmiulotteisella potentiaalilaatikolla. Tarkastellaan laatikkoa, jonka sivun pituus on L. Mahdolliset aaltofunktiot ovat (1-ulotteisen tapauksen ilmeinen yleistys) n n y xπx yπ nzπz ψ ( x, y, z ) = Asin sin sin, L L L jossa kokonaisluvut n x,n y,n z identifioivat tilat ts tila = (n x,n y,n z ). Vastaavat energiat ovat ( nx + ny + nz ) π h E =. 2 2mL Tilatiheys Energiavälillä E E+dE olevien tilojen lukumäärä on dn. Suuretta g ( E ) = kutsutaan tilatiheydeksi. dn de 10
11 Tarkastellaan kolmiulotteista n-avaruutta. Tilat (n x,n y,n z ) ovat pisteitä tässä avaruudessa. Koska n:t ovat kokonaislukuja, kutakin tilaa vastaa n-avaruudessa yksikkötilavuuden suuruinen palanen avaruutta. Pallo, jonka säde on n rs = (n x 2 + n y 2 + n z2 ) 1/2, sisältää siten 3 3 rs 1 4 πn n = 2 π nrs = tilaa. Tekijä 1/8 tulee siitä, että n x,n y,n z ovat positiivisia ja tekijä 2 siitä, että kussakin tilassa voi olla kaksi elektronia, spin ylös ja spin alas. Pallon pinnalla olevien tilojen energia on nrs π h E = 2 joten n rs eliminoimalla saamme 2mL, 3 / 2 3 / 2 ( 2m ) VE n = (V = 2 3 3π h 3 L ). Tämä on niiden tilojen lukumäärä, joiden energia on enintään E. Jos n on hyvin suuri, voidaan sitä ja energiaa E pitää jatkuvina muuttujina. Silloin 3 / 2 1/ 2 ( 2m ) VE dn = de π h Tilatiheys on vastaavasti g( E 3 / ( 2m ) ) = 2 2π h 2 3 V E 1/ 2. Tilatiheys vapaaelektronimallissa. 11
12 Fermin-Diracin jakautuma Termodynamiikassa on opittu Maxwellin-Boltzmannin johtama tulos lämpötilassa T olevalle kaasulle: molekyylien lukumäärä tilassa, jonka energia on E, on verrannollinen exp(-e/kt):een. Tätä ei voi soveltaa elektronien muodostamaan kaasuun kahdesta syystä: Paulin kieltosääntö estää kaikkia elektroneja menemästä alimmalle tilalle, kun T = 0. Elektronit ovat identtisiä: jos kaksi elektronia vaihtaa rooliaan, on kyseessä edelleen sama tila. Kun nämä ottaa huomioon, elektronien tilastollinen energiajakautuma on Fermin-Diracin jakautuma: f 1 ( E ) ( E EF ) / e = kt, + 1 Fermin-Diracin jakautuma jossa E F on ns. Fermin energia. Jakautuma on todennäköisyys sille, että tilalla, jonka energia on E, on elektroni. Nollalämpötilassa Fermin energiaa merkitään E F0. Nollalämpötilassa elektronit ovat niin alhaisilla tiloilla kuin se on suinkin mahdollista Paulin kieltosääntö huomioiden. Kaikki tilat Fermin energiaan asti ovat miehitettyjä, eikä yhdelläkään elektronilla ole Fermin energiaa suurempaa energiaa. 12
13 Nollalämpötilassa kaikki N elektronia ovat Fermin pallossa eli niiden energia on enintään E F0 : 3 / 2 ( 2m ) VE 0 N = F π h Täten Fermin energia nollalämpötilassa on hiukkasmäärän avulla annettuna 2 / 3 4 / 3 2 2/3 3 π h N E F 0 =. 2m V Kun lämpötila T ei ole nolla, elektroneilla on paitsi kidepotentiaalin kuvaamaa vuorovaikutusenergiaa myös lämpöliikkeestä johtuvaa liikeenergiaa. Siksi osan elektroneista energia ylittää Fermin energian eli osa alimmista tiloista menettää miehitystään ylempänä oleville tiloille. Porras Fermin energian kohdalla pyöristyy, sitä enemmän mitä suurempi on T. 3 / 2 Elektronien lukumäärä energiavälillä E E + de saadaan kertomalla de tilojen tiheydellä g(e) ja tilojen miehitystodennäköisyydellä f(e): dn g 3 / 2 ( 2m ) VE E ) f ( E ) de = 2 3 2π h 1/ 2 = ( ( E ) / kt e E F de. 13
14 Puolijohteet Tärkeimpiä puolijohteita ovat germanium ja pii. Niillä molemmilla on neljä elektronia uloimmilla kuorilla: pii 3s 2 3p 2, germanium 4s 2 4p 2. Molemmilla on timanttirakenne eli nämä kaikki elektronit ovat mukana rakentamasta kidettä kovalanteilla sidoksilla. Tätän niiden johtavuusvyöt ovat tyhjiä, kun T = 0. Valenssivyön ja johtavuusvyön välinen aukko on kuitenkin hyvin pieni: huoneen lämpötilassa germaniumille DE = 0.67 ev ja piille DE = 1.12 ev. Osa elektroneista saa helposti lisää energiaa sen verran, että ne siirtyvät johtavuusvyöhön. Siirtyvien elektronien määrä lisääntyy nopeasti lämpötilan kasvaessa. Aukot Kun kovalentin sidoksen elektroni siirtyy johtavuusvyöhön, sen paikalle jää tyhjä paikka. Elektroni naapuriatomista voi siirtyä tähän paikkaan, jolloin naapuriatomiin jää vastaavasti tyhjä paikka jne. Tyhjää paikkaa kutsutaan aukoksi. Aukko voi kulkea läpi aineen ja toimia ylimääräisenä varauksen kuljettajana. Se on kuin positiivisesti varautunut hiukkanen. Kun johtavuuselektroneja ja aukkoja on sama määrä, puhutaan puolijohteen ominaisjohtavuudesta. 14
15 Epäpuhtaudet Kun puolijohteeseen, esim germaniumiin, lisätään epäpuhtautena muita atomeita, puhutaan douppaamisesta. Epäpuhtauksilla voidaan saada puolijohteen ominaisuuksia muutettua radikaalisti. Germaniumia doupataan arseenilla As. Arseenilla on viisi valenssielektronia, ja sen varausluku Z = 33 on vain yhtä enemmän kuin germaniumilla. Sen ylimääräinen viides elektroni on varsin löysästi sidottu, se näkee efektiivisesti vain varauksen +e, koska 32 elektronia varjostaa As-ydintä. Sen potentiaalienergia on vain 0.01 ev. Ylimääräisen elektronin tila vastaa yksinäistä energiatasoa, donoritasoa, valenssi- ja johtavuusvöiden välissä. Epäpuhtausatomia kutsutaan donoriksi ( lahjoittajaksi ). Huoneenlämmössä lämpöliikkeen energia kt º ev, joten donoritasolla olevat elektronit siirtyvät helposti johtavuusvyöhön ja alkavat kuljettaa sähkövirtaa. Itse asiassa verrattain pienikin epäpuhtauspitoisuus tekee tästä sähkönjohtavuuden päätekijän. Puhutaan n-tyypin puolijohteesta, koska johtavuuden aiheuttavat negatiiviset virrankuljettajat (elektronit). 15
16 Jos epäpuhtautena käytetään atomia, jonka järjestysluku on yhtä alempi kuin puolijohteen järjestysluku, epäpuhtaus nappaa puolijohdeatomista itselleen neljännen valenssielektronin voidakseen muodostaa kovalentin sidoksen. Syntyy aukko, joka liikkuu läpi kiteen. Epäpuhtausatomi on sidottu kiteeseen eikä pääse liikkumaan, vaikka sillä onkin negatiivinen varaus. Germaniumin tapauksessa tällainen epäpuhtaus voi olla gallium Ga. Epäpuhtausatomia kutsutaan akseptoriksi, ja sekin muodostaa erillisen energiatason, akseptoritason, valenssi- ja johtavuusvyön väliin. Tällaista puolijohdetta kutsutaan p-tyypin puolijohteeksi. Siinä virta johtuu lähes kokonaan positiivisten aukkojen liikkeestä. 16
17 Puolijohdeilmaisin Kun tarpeeksi suurienergiainen fotoni osuu puolijohteeseen, se saattaa saada elektronin siirtymään valenssivyöltä johtavuusvyöhön. Tämä näkyy virran lisääntymisenä. Tähän perustuu aurinkokennon toiminta. Ilmiötä käytetään myös säteilyn ilmaisimena. p-n-liitos Liittämällä p- ja n-tyypin puolijohteet toisiinsa saadaan syntymään hyödyllinen elektroninen komponentti, tasasuuntausdiodi. p-tyypissä on ylimääräisiä positiivisia varauksia (aukkoja) ja n-tyypissä vastaavasti negatiivisia varauksia (elektroneja). Jos osien välille asetetaan jännite niin, että p-osa on korkeammassa jännitteessä (myötöjännite), sähkökenttä osoittaa p:stä n:ään. Silloin varaukset liikkuvat osien välillä ja piiriin syntyy virta. Jos jännite-ero on toisinpäin (estojännite), se pyrkii vetämään varauksia poispän liitoskohdasta. Liitoskohdan läpi ei virtaa varausta eikä piirissä kulje virtaa. 17
18 Tuo ei kuitenkaan ollut vielä kaikki. Oletetaan, että osien välinen ulkoinen jännite on nolla. Aineen sisäisten törmäilyjen takia elektroneja siirtyy jonkin verran liitoksen läpi p-puolelle ja aukkoja vastaavasti n-puolelle (diffuusio). Siirtynyt elektroni täyttää jonkin p-puolen aukoista ja siirtyneeseen aukoon tulee jokin n-puolen elektroni. Sähkövirtoja liitoksen yli kutsutaan rekombinaatiovirroiksi i pr ja i nr. n-osan negatiivinen varaus pienenee ja p-osa negatiivinen varaus kasvaa, joten osien välille syntyy sähkökenttä n:stä p:hen. Se on rekombinaatiovirjoja vastustava. Kenttään liittyvä potentiaalienergia saa p-osan elektronien energiatasot nousemaan n-osan energiatasoja korkeammalle. Toisen ilmiön aiheuttaa lämpösyntyiset eksitaatiot: liitoksen alueella syntyy elektroni-aukko-pareja. Yllä mainittu sähkökenttä vetää nämä vastakkaisiin suuntiin pois liitosalueelta. Syntyy ns. generaatiovirrat i pg ja i ng. Ne ovat vastakkaiseen suuntaan kuin vastaavat rekombinaatiovirrat. Tasapainossa rekombinaatiovirrat ja generaatiovirrat tasapainottavat toisensa. 18
19 Kytketään päälle myötöjännite V. Tämä tasoittaa p-osan ja n- osan elektronitilojen energiaeroa määrällä DE = -ev. Silloin n- osan elektronien on helpompi diffunoitua p-osaan ja p-osan aukkojen puolestaan n-osaan. Tämä kasvattaa rekombinaatiovirtoja suhteellisella tekijällä (Maxwellin- Boltzmannin jakautuma) ΔE / kt ev / kt e = e Aukkojen kokonaissähkövirta on siten (vastaavasti elektroneille). i ptot = i pr i pg = i pg ev / kt ( e 1). Sähkövirta p-n-liitoksessa, jossa on jännite V, on siten kaiken kaikkiaan I = I / ( e ev kt S 1). 19
20 LED (light-emitting diode) Kun p-n-diodiin asetetaan myötöjännite, liitosalueelle siirtyy runsaasti elektroneja n-osasta ja aukkoja p-osasta. Kun elektronit täyttävät aukot, vapautuu energiaa fotoneiden muodossa. Fotonien enrgia on suunnilleen valenssi- ja johtavuusvöiden energiaeron kokoinen. Kun valitaan sopiva aine, voi syntynyt säteily olla näkyvän valon alueella. Aurinkokenno Aurinkokennossa p-n-piiriin tuleva fotoni absorboituu ja syntyy elektroni-aukko-pari. p-n-liitoksen läheisyydessä generaatiovirta vie elektronin n-alueeseen ja aukon p-alueeseen. Fotonin energian pitää olla vähintään gapin kokoinen, jotta elektroni pääsisi johtavuusvyöhön ja syntyisi virtaa. Aurinkokennolla toimiva led-lamppu. Transistorit Transistori on kytkimenä, vahvistemena tai muistielementtinä toimiva puolijohdekomponentti. Niitä on kahta päätyyppiä, bipolaaritransistorit (BJT) ja kenttävaikutustransistorit (FET). BJT:ssä on kaksi p-n-liitosta, joko p-n-p tai n-p-n -yhdistelmänä. 20
21 Kuvassa on p-n-p-transistori. Sen osia kutsutaan emitteriksi, kannaksi ja kollektoriksi. Oletetaan ensin, että vasemmanpuoleisessa piirissä ei ole virtaa. Silloin oikeanpuoleisessa piirissä ei kulje juurikaan virtaa, sillä kannan ja kollektorin välisessä liitoksessa oleva diffuusiojännite on virtaa vastustavaan suuntaan. Jos vasemmanpuoleinen virtapiiri yhdistetään myötösuuntaiseen jännitelähteeseen, emitteriin syntyvä kenttä siirtää suuren määrän emitterissä olevia aukkoja kannan läpi kannan ja kollektorin liitokseen. Aukot pääsevät kannan läpi, koska kanta on ohut ja vain kevyesti doupattu. Liitoksessa oleva jännite-ero imaiseen aukot edelleen kollektoriin ja oikeanpuoliseen piiriin syntyy virta. Kollektorissa kulkevan virran suuruutta voidaan säätää emitterin virran avulla. Jos kollektoripuolen jännite V c on paljon suurempi kuin emitteripuolen jännite V e, laite toimii tehon vahvistimena. 21
22 Kenttävaikutustransistori (FET) koostuu kolmesta osasta: n-tyypin lähteestä (source) ja nielusta (drain) sekä niiden alla olevasta p- tyypin hilasta (gate). Normaalisti virtaa ei kulje lähteestä nieluun, koska np-liitoksessa on vääränsuuntainen jännite (diffuusiojännite). Kun hilaan tuodaan positiivista varausta, syntynyt sähkökenttä vetää p- osasta elektroneja (niitä on siellä jonkin verran vapaana) lähteen ja nielun väliin johtavaksi kerrokseksi. Siellä elektroneja on tiheämmässä kuin aukkoja eli siellä on virrankuljettajia. Virran määrä on herkkä hilan jännitteelle ja varaukselle. Suprajohtavuus Matalissa lämpötiloissa aine menettää täydellisesti sähkövastuksensa eli elektronit eivät sen läpi kulkiessaan menetä energiaansa törmäyksissä. Tämän ilmiön selittivät Bardeen, Cooper ja Schrieffer (BCS-teoria). 22
23 Heuristisesti esitettynä ilmiön selity on seuraava: Kiteessä liikkuva elektroni saa attraktiollaan kohdallaan olevat kiteen positiiviset atomi-ionit siirtymään vähän lähemmksi toisiaan. Tähän kohtaan syntyy siten hieman voimakkaampi positiivinen varauskeskittymä, joka vetää puoleensa toisen elektronin neutraloimaan tilanteen. Tämän takia elektronien välille syntyy yhteys. Ne käyttäytyvät kuin yksi hiukkanen, ns. Cooperin pari. Cooperin parin elektronien välinen vuorovaikutus synnyttää elektronien spektriin pienen energia-aukon. Matalassa lämpötiloissa elektroneilla ei ole tarpeeksi liike-energiaa hypätäkseen tämän aukon yli. Ne siis pysyvät samassa energiatilassa ja etenevät siis vastuksetta. 23
TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET
TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET (YO-K06+13, YO-K09+13, YO-K05-11,..) Tasasuuntaus Vaihtovirran suunta muuttuu jaksollisesti. Tasasuuntaus muuttaa sähkövirran kulkemaan yhteen suuntaan. Tasasuuntaus toteutetaan
LisätiedotPUOLIJOHTEISTA. Yleistä
39 PUOLIJOHTEISTA Yleistä Pyrittäessä löytämään syy kiinteiden aineiden erilaiseen sähkön johtavuuteen joudutaan perehtymään aineen kidehilassa olevien atomien elektronisiin energiatiloihin. Seuraavassa
LisätiedotKuva 6.6 esittää moniliitosaurinkokennojen toimintaperiaatteen. Päällimmäisen
6.2 MONILIITOSAURINKOKENNO Aurinkokennojen hyötysuhteen kasvattaminen on teknisesti haastava tehtävä. Oman lisähaasteensa tuovat taloudelliset reunaehdot, sillä tekninen kehitys ei saisi merkittävästi
LisätiedotSMG-4450 Aurinkosähkö
SMG-4450 Aurinkosähkö Toisen luennon aihepiirit Lyhyt katsaus aurinkosähkön historiaan Valosähköinen ilmiö: Mistä tässä luonnonilmiössä on kyse? Piihin perustuvan puolijohdeaurinkokennon toimintaperiaate
LisätiedotPuolijohteet. luku 7(-7.3)
Puolijohteet luku 7(-7.3) Metallit vs. eristeet/puolijohteet Energia-aukko ja johtavuus gap size (ev) InSb 0.18 InAs 0.36 Ge 0.67 Si 1.11 GaAs 1.43 SiC 2.3 diamond 5.5 MgF2 11 Valenssivyö Johtavuusvyö
LisätiedotVyöteoria. Orbitaalivyöt
Vyöteoria Elektronirakenne ja sähkönjohtokyky: Metallit σ = 10 4-10 6 ohm -1 cm -1 (sähkönjohteet) Epämetallit σ < 10-15 ohm -1 cm -1 (eristeet) Puolimetallit σ = 10-5 -10 3 ohm -1 cm -1 σ = neµ elektronien
LisätiedotSMG-4300: Yhteenveto ensimmäisestä luennosta
SMG-4300: Yhteenveto ensimmäisestä luennosta Aurinko lähettää avaruuteen sähkömagneettista säteilyä. Säteilyn aallonpituusjakauma määräytyy käytännössä auringon pintalämpötilan (n. 6000 K) perusteella.
LisätiedotPUOLIJOHTEET + + - - - + + + - - tyhjennysalue
PUOLIJOHTEET n-tyypin- ja p-tyypin puolijohteet - puolijohteet ovat aineita, jotka johtavat sähköä huonommin kuin johteet, mutta paremmin kuin eristeet (= eristeen ja johteen välimuotoja) - resistiivisyydet
Lisätiedotψ(x) = A cos(kx) + B sin(kx). (2) k = nπ a. (3) E = n 2 π2 2 2ma 2 n2 E 0. (4)
76A KIINTEÄN AINEEN FYSIIKKA Ratkaisut 4 Kevät 214 1. Tehtävä: Yksinkertainen malli kovalenttiselle sidokselle: a) Äärimmäisen yksinkertaistettuna mallina elektronille atomissa voidaan pitää syvää potentiaalikuoppaa
LisätiedotLuento 1: Sisältö. Vyörakenteen muodostuminen Molekyyliorbitaalien muodostuminen Atomiketju Energia-aukko
Luento 1: Sisältö Kemialliset sidokset Ionisidos (suolat, NaCl) Kovalenttinen sidos (timantti, pii) Metallisidos (metallit) Van der Waals sidos (jalokaasukiteet) Vetysidos (orgaaniset aineet, jää) Vyörakenteen
LisätiedotDIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ
1 IOIN OMINAISKÄYRÄ JA TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ MOTIVOINTI Työ opettaa mittaamaan erityyppisten diodien ominaiskäyrät käyttämällä oskilloskooppia XYpiirturina Työssä opetellaan mittaamaan transistorin
Lisätiedot, m s ) täytetään alimmasta energiatilasta alkaen. Alkuaineet joiden uloimmalla elektronikuorella on samat kvanttiluvut n,
S-114.6, Fysiikka IV (EST),. VK 4.5.005, Ratkaisut 1. Selitä lyhyesti mutta mahdollisimman täsmällisesti: a) Keskimääräisen kentän malli ja itsenäisten elektronien approksimaatio. b) Monen fermionin aaltofunktion
LisätiedotDEE Aurinkosähkön perusteet
DEE-53010 Aurinkosähkön perusteet Kolmannen luennon aihepiirit Reduktionistinen tapa aurinkokennon virta-jännite-käyrän muodon ymmärtämiseen Lähdetään liikkeelle aurinkokennosta, ja pilkotaan sitä pienempiin
Lisätiedot1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =
S-47 ysiikka III (ST) Tentti 88 Maksimiaallonpituus joka irroittaa elektroneja metallista on 4 nm ja vastaava aallonpituus metallille on 8 nm Mikä on näiden metallien välinen jännite-ero? Metallin työfunktio
LisätiedotChem-C2400 Luento 2: Kiderakenteet Ville Jokinen
Chem-C2400 Luento 2: Kiderakenteet 11.1.2019 Ville Jokinen Oppimistavoitteet Metalli-, ioni- ja kovalenttinen sidos ja niiden rooli metallien ja keraamien kiderakenteissa. Metallien ja keraamien kiderakenteen
LisätiedotELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504
ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504 syksyllä 2014 OSA 2 Veijo Korhonen 4. Bipolaaritransistorit Toiminta Pienellä kantavirralla voidaan ohjata suurempaa kollektorivirtaa (kerroin β), toimii vahvistimena -
LisätiedotSMG-4450 Aurinkosähkö
SMG-4450 Aurinkosähkö Toisen luennon aihepiirit Lyhyt katsaus aurinkosähkön historiaan Valosähköinen ilmiö: Mistä tässä luonnonilmiössä on kyse? Piihin perustuvan puolijohdeaurinkokennon toimintaperiaate
LisätiedotAlikuoret eli orbitaalit
Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä Alkuaineen kemialliset ominaisuudet määräytyvät sen ulkokuoren elektronirakenteesta. Seuraus: Samanlaisen ulkokuorirakenteen omaavat alkuaineen ovat kemiallisesti sukulaisia
LisätiedotKiteinen aine. Kide on suuresta atomijoukosta muodostunut säännöllinen ja stabiili, atomiseen skaalaan nähden erittäin suuri, rakenne.
Kiteinen aine Kide on suuresta atomijoukosta muodostunut säännöllinen ja stabiili, atomiseen skaalaan nähden erittäin suuri, rakenne. Kiteinen aine on hyvä erottaa kiinteästä aineesta, johon kuuluu myös
LisätiedotSÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:
FY6 SÄHKÖ Tavoitteet Kurssin tavoitteena on, että opiskelija ymmärtää sähköön liittyviä peruskäsitteitä, tutustuu mittaustekniikkaan osaa tehdä sähköopin perusmittauksia sekä rakentaa ja tutkia yksinkertaisia
LisätiedotChem-C2400 Luento 4: Kidevirheet Ville Jokinen
Chem-C2400 Luento 4: Kidevirheet 18.1.2019 Ville Jokinen Oppimistavoitteet Liukoisuus (käsiteltiin luennolla 3) 0D, pistemäiset kidevirheet: (liukoisuus), vakanssit 1D, viivamaiset kidevirheet: dislokaatiot
LisätiedotMUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA
MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA KEMIAA KAIK- KIALLA, KE1 Ulkoelektronit ja oktettisääntö Alkuaineen korkeimmalla energiatasolla olevia elektroneja sanotaan ulkoelektroneiksi eli valenssielektroneiksi.
LisätiedotLuku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet
Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet Käsiteltävät aiheet: Mikä aikaansaa sidokset? Mitä eri sidostyyppejä on? Mitkä ominaisuudet määräytyvät sidosten kautta? Chapter 2-1 Atomirakenne Atomi elektroneja
LisätiedotKiinteän aineen ominaisuuksia I. Kiteisen aineen perusominaisuuksia
Kiinteän aineen ominaisuuksia I Kiteiden perustyypit Kiderakenteiden peruskäsitteitä Kiteisen aineen perusominaisuuksia Kide on suuresta atomijoukosta muodostunut säännöllinen ja stabiili, atomiseen skaalaan
LisätiedotFysikaalisten tieteiden esittely puolijohdesuperhiloista
Fysikaalisten tieteiden esittely puolijohdesuperhiloista "Perhaps a thing is simple if you can describe it fully in several different ways without immediately knowing that you are describing the same thing."
LisätiedotIonisidos ja ionihila:
YHDISTEET KEMIAA KAIK- KIALLA, KE1 Ionisidos ja ionihila: Ionisidos syntyy kun metalli (pienempi elek.neg.) luovuttaa ulkoelektronin tai elektroneja epämetallille (elektronegatiivisempi). Ionisidos on
Lisätiedot1. Materiaalien rakenne
1. Materiaalien rakenne 1.1 Johdanto 1. Luento 2.11.2010 1.1 Johdanto Materiaalit voidaan luokitella useilla eri tavoilla Kemiallisen sidoksen mukaan: metallit, keraamit, polymeerit Käytön mukaan: komposiitit,
LisätiedotMateriaalifysiikan perusteet P Ratkaisut 1, Kevät 2017
Materiaalifysiikan perusteet 51104P Ratkaisut 1, Kevät 017 1. Kiderakenteen alkeiskopin hahmottamiseksi pyritään löytämään kuvitteellisesta rakenteesta sen pienin toistuva yksikkö (=kanta). Kunkin toistuvan
LisätiedotULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE
ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE Palautetaan mieleen jaksollinen järjestelmä ja mitä siitä saa- Kertausta daan irti. H RYHMÄT OVAT SARAKKEITA Mitä sarakkeen numero kertoo? JAKSOT OVAT RIVEJÄ Mitä
LisätiedotElektroniikka. Mitä sähkö on. Käsitteistöä
Elektroniikka Mitä sähkö on Sähkö on elektronien liikettä atomista toiseen. Negatiivisesti varautuneet elektronit siirtyvät atomista toiseen. Tätä kutsutaan sähkövirraksi Sähkövirrasta puhuttaessa on sovittu,
Lisätiedot4 ev OY/MFP R Materiaalifysiikan perusteet P Ratkaisut 6, Kevät 2017
OY/MFP R6 017 Materiaalifysiikan perusteet 514P Ratkaisut 6, Kevät 017 1. Koska kuvitteellisten materiaalien hila on pkk-hila, niiden käänteishila on tkk-hila ja Brillouin-koppi on Kuvan 1.1 mukainen.
LisätiedotLuento 8. Lämpökapasiteettimallit Dulong-Petit -laki Einsteinin hilalämpömalli Debyen ääniaaltomalli. Sähkönjohtavuus Druden malli
Luento 8 Lämpökapasiteettimallit Dulong-Petit -laki Einsteinin hilalämpömalli Debyen ääniaaltomalli Sähkönjohtavuus Druden malli Klassiset C V -mallit Termodynamiikka kun Ei ennustetta arvosta! Klassinen
LisätiedotKaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka
Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012 Kertausta IONIEN MUODOSTUMISESTA Jos atomi luovuttaa tai
LisätiedotPHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016
PHYS-C0240 Materiaalifysiikka (5op), kevät 2016 Prof. Martti Puska Emppu Salonen Tomi Ketolainen Ville Vierimaa Luento 7: Hilavärähtelyt tiistai 12.4.2016 Aiheet tänään Hilavärähtelyt: johdanto Harmoninen
Lisätiedotkipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.
Sähkö 25 Esineet saavat sähkövarauksen hankauksessa kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki. Hankauksessa esineet voivat varautua sähköisesti. Varaukset syntyvät, koska hankauksessa kappaleesta siirtyy
LisätiedotREAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA
KERTAUSTA REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Aineiden ominaisuudet voidaan selittää niiden rakenteen avulla. Aineen rakenteen ja ominaisuuksien väliset riippuvuudet selittyvät kemiallisten sidosten avulla. Vahvat
LisätiedotNyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot
S-1146 Fysiikka V (ES) Tentti 165005 1 välikokeen alue 1 a) Rubiinilaserin emittoiman valon aallonpituus on 694, nm Olettaen että fotonin emissioon tällä aallonpituudella liittyy äärettömän potentiaalikuopan
Lisätiedot10. Puolijohteet. 10.1. Itseispuolijohde
10. Puolijohteet KOF-E, kl 2005 69 Metallit, puolijohteet ja useat eristeet ovat kiteisiä kiinteitä aineita, joilla on säännönmukainen jaksollinen atomijärjestys ja elektronien energioiden kaistarakenne.
LisätiedotFY6 - Soveltavat tehtävät
FY6 - Soveltavat tehtävät 21. Origossa on 6,0 mikrocoulombin pistevaraus. Koordinaatiston pisteessä (4,0) on 3,0 mikrocoulombin ja pisteessä (0,2) 5,0 mikrocoulombin pistevaraus. Varaukset ovat tyhjiössä.
LisätiedotDEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET
DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET Kurssin esittely Sähkömagneettiset ilmiöt varaus sähkökenttä magneettikenttä sähkömagneettinen induktio virta potentiaali ja jännite sähkömagneettinen energia teho Määritellään
LisätiedotAtomien rakenteesta. Tapio Hansson
Atomien rakenteesta Tapio Hansson Ykköskurssista jo muistamme... Atomin käsite on peräisin antiikin Kreikasta. Demokritos päätteli alunperin, että jatkuva aine ei voi koostua äärettömän pienistä alkeisosasista
LisätiedotPUOLIJOHTEISTA. Yleistä
39 POLIJOHTEISTA Yleistä Pyrittäessä löytämään syy kiinteiden aineiden erilaiseen sähkön johtavuuteen joudutaan perehtymään aineen kidehilassa olevien atomien elektronisiin energiatiloihin. Seuraavassa
LisätiedotCoulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q
Coulombin laki Kahden pistemäisen varatun hiukkasen välinen sähköinen voima F on suoraan verrannollinen varausten Q 1 ja Q 2 tuloon ja kääntäen verrannollinen etäisyyden r neliöön F = k Q 1Q 2 r 2, k =
LisätiedotLIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ
LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ Valosähköisellä ilmiöllä ymmärretään tässä oppikirjamaisesti sitä, että kun virtapiirissä ja tyhjiölampussa olevan anodi-katodi yhdistelmän katodia säteilytetään fotoneilla,
LisätiedotVyöteoria. σ = neμ. Orbitaalivyöt
Vyöteoria Elektronirakenne ja sähkönjohtokyky: Metallit σ = 10 4-10 6 ohm -1 cm -1 (sähkönjohteet) Epämetallit σ < 10-15 ohm -1 cm -1 (eristeet) Puolimetallit σ = 10-5 -10 3 ohm -1 cm -1 σ = neμ elektronien
LisätiedotSähkötekiikka muistiinpanot
Sähkötekiikka muistiinpanot Tuomas Nylund 6.9.2007 1 6.9.2007 1.1 Sähkövirta Symboleja ja vastaavaa: I = sähkövirta (tasavirta) Tasavirta = Virran arvo on vakio koko tarkasteltavan ajan [ I ] = A = Ampeeri
LisätiedotPotentiaalikuopalla tarkoitetaan tilannetta, jossa potentiaalienergia U(x) on muotoa
Potentiaalikuoppa Luento 9 Potentiaalikuopalla tarkoitetaan tilannetta, jossa potentiaalienergia U(x) on muotoa U( x ) = U U( x ) = 0 0 kun x < 0 tai x > L, kun 0 x L. Kuopan kohdalla hiukkanen on vapaa,
LisätiedotInfrapunaspektroskopia
ultravioletti näkyvä valo Infrapunaspektroskopia IHMISEN JA ELINYMPÄ- RISTÖN KEMIAA, KE2 Kertausta sähkömagneettisesta säteilystä Sekä IR-spektroskopia että NMR-spektroskopia käyttävät sähkömagneettista
LisätiedotTransistoreiden merkinnät
Transistoreiden merkinnät Yleisesti: Eurooppalaisten valmistajien tunnukset muodostuvat yleisesti kirjain ja numeroyhdistelmistä Ensimmäinen kirjain ilmaisee puolijohdemateriaalin ja toinen kirjain ilmaisee
LisätiedotJännite, virran voimakkuus ja teho
Jukka Kinkamo, OH2JIN oh2jin@oh3ac.fi +358 44 965 2689 Jännite, virran voimakkuus ja teho Jännite eli potentiaaliero mitataan impedanssin yli esiintyvän jännitehäviön avulla. Koska käytännön radioamatöörin
LisätiedotFYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti
FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti Tehtävä 1 Selitä lyhyesti: a Mikä on Einsteinin ja Debyen kidevärähtelymallien olennainen ero? b Mikä ero vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa on kanonisella
LisätiedotFysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012
Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012 Aine koostuu atomeista Nimitys tulee sanasta atomos = jakamaton (400 eaa, Kreikka) Atomin kuvaamiseen käytetään atomimalleja Pallomalli
LisätiedotTermodynamiikka. Fysiikka III 2007. Ilkka Tittonen & Jukka Tulkki
Termodynamiikka Fysiikka III 2007 Ilkka Tittonen & Jukka Tulkki Tilanyhtälö paine vakio tilavuus vakio Ideaalikaasun N p= kt pinta V Yleinen aineen p= f V T pinta (, ) Isotermit ja isobaarit Vakiolämpötilakäyrät
LisätiedotKäytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.
1.2 Elektronin energia Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin. -elektronit voivat olla vain tietyillä energioilla (pääkvanttiluku n = 1, 2, 3,...) -mitä kauempana
Lisätiedot9. JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ
9. JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ Jo vuonna 1869 venäläinen kemisti Dmitri Mendeleev muotoili ajatuksen alkuaineiden jaksollisesta laista: Jos alkuaineet laitetaan järjestykseen atomiluvun mukaan, alkuaineet,
LisätiedotDEE Aurinkosähkön perusteet
DEE-53010 Aurinkosähkön perusteet Kuudennen luennon aihepiirit Tulevaisuuden aurinkokennotyypit: väriaineaurinkokenno Rakenne Toimintaperiaate Kehityskohteet 1 AURINKOKENNOJEN NYKYTUTKIMUS Aurinkokennotutkimuksessa
LisätiedotFy06 Koe ratkaisut 29.5.2012 Kuopion Lyseon lukio (KK) 5/13
Fy06 Koe ratkaisut 9.5.0 Kuopion Lyseon lukio (KK) 5/3 Koe. Yksilöosio. 6p/tehtävä.. Kun 4,5 V:n paristo kytketään laitteeseen, virtapiirissä kulkee,0 A:n suuruinen sähkövirta ja pariston napojen välinen
LisätiedotKemiallinen reaktio
Kemiallinen reaktio REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Johdantoa: Syömme elääksemme, emme elä syödäksemme! sanonta on totta. Kun elimistömme hyödyntää ravintoaineita metaboliassa eli aineenvaihduntareaktioissa,
LisätiedotMittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014
Mittalaitetekniikka NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014 1 1. VAIHTOSÄHKÖ, PERUSKÄSITTEITÄ AC = Alternating current Jatkossa puhutaan vaihtojännitteestä. Yhtä hyvin voitaisiin tarkastella
LisätiedotMolekyylit. Helsinki University of Technology, Laboratory of Computational Engineering, Micro- and Nanosciences Laboratory. Atomien väliset sidokset
Molekyylit. Atomien väliset sidokset. Vetymolekyyli-ioni 3. Kaksiatomiset molekyylit ja niiden molekyyliorbitaalit 4. Muutamien kaksiatomisten molekyylien elektronikonfiguraatio 5. Moniatomiset molekyylit
Lisätiedot3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)
+ 3 ATOMIN MALLI 3.1 Varhaiset atomimallit (1/3) Thomsonin rusinakakkumallissa positiivisesti varautuneen hyytelömäisen aineen sisällä on negatiivisia elektroneja kuin rusinat kakussa. Rutherford pommitti
LisätiedotMääritelmä, metallisidos, metallihila:
ALKUAINEET KEMIAA KAIK- KIALLA, KE1 Metalleilla on tyypillisesti 1-3 valenssielektronia. Yksittäisten metalliatomien sitoutuessa toisiinsa jokaisen atomin valenssielektronit tulevat yhteiseen käyttöön
LisätiedotPHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA
PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA Kevät 206 Emppu Salonen Lasse Laurson Arttu Lehtinen Toni Mäkelä Luento 2: BE- ja FD-jakaumat, kvanttikaasut Pe 5.4.206 AIHEET. Kvanttimekaanisesta vaihtosymmetriasta
Lisätiedot1 a) Eristeiden, puolijohteiden ja metallien tyypilliset energiakaistarakenteet.
a) ristid, puolijohtid ja talli tyypillist rgiakaistaraktt. i) NRGIAKAISTAT: (lktroi sallitut rgiatilat) Kaksiatoi systi: pottiaalirgia atoi väliatka fuktioa pot rpulsiivi kopotti -lktroit hylkivät toisiaa
LisätiedotJaksollinen järjestelmä ja sidokset
Booriryhmä Hiiliryhmä Typpiryhmä Happiryhmä Halogeenit Jalokaasut Jaksollinen järjestelmä ja sidokset 13 Jaksollinen järjestelmä on tärkeä kemian työkalu. Sen avulla saadaan tietoa alkuaineiden rakenteista
LisätiedotLuento 11. Elektronin spin
Elektronin spin Luento 11 Spektrimittaukset osoittivat, että energiatasot jakautuvat todellisuudessa useampaan kuin normaalin Zeemanin ilmiön ennustamaan kolmeen. Ruvettiin puhumaan anomaalisesta Zeemanin
LisätiedotHomogeeniset puolijohteet Olemme jakaneet kiteet kahteen ryhmään:
Homogeeniset puolijohteet Olemme jakaneet kiteet kahteen ryhmään: metallit ainakin yksi energiavyö on osittain täytetty eristeet energiavyöt ovat joko tyhjiä tai täysiä. Eristeitä karakterisoi nollasta
LisätiedotFYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ
FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ Työssä perehdytään johteissa ja tässä tapauksessa erityisesti puolijohteissa esiintyvään Hallin ilmiöön, sekä määritetään sitä karakterisoivat Hallin vakio, varaustiheys
LisätiedotSMG-4450 Aurinkosähkö
Väriaineaurinkokenno Rakenne Toimintaperiaate Kehityskohteet SMG-4450 Aurinkosähkö Neljännen luennon aihepiirit 1 AURINKOKENNOJEN SUKUPOLVET Aurinkokennotyypit luokitellaan yleensä kolmeen sukupolveen.
LisätiedotBL40A1711 Johdanto digitaalielektroniikkaan: CMOS-tekniikka ja siihen perustuvat logiikkapiiriperheet
BL40A1711 Johdanto digitaalielektroniikkaan: CMOS-tekniikka ja siihen perustuvat logiikkapiiriperheet Bittioperaatioiden toteuttamisesta Tarvitaan kolmea asiaa: 1. Menetelmät esittää ja siirtää bittejä
LisätiedotLuku 14: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi
Luku 14: Elektronispektroskopia 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi 1 2-atomisen molekyylin elektronitilan termisymbolia muodostettaessa tärkeä ominaisuus on elektronien
LisätiedotKvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi
Kvantittuminen Planckin kvanttihypoteesi Kappale vastaanottaa ja luovuttaa säteilyä vain tietyn suuruisina energia-annoksina eli kvantteina Kappaleen emittoima säteily ei ole jatkuvaa (kvantittuminen)
Lisätiedotn=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1
10.1 RÖNTGENSPEKTRI Kun kiihdytetyt elektronit törmäävät anodiin, syntyy jatkuvaa säteilyä sekä anodimateriaalille ominaista säteilyä (spektrin terävät piikit). Atomin uloimpien elektronien poistamiseen
LisätiedotKvanttimekaaninen atomimalli. "Voi hyvin sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvanttimekaniikkaa. -Richard Feynman
Kvanttimekaaninen atomimalli "Voi hyvin sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvanttimekaniikkaa. -Richard Feynman Tunnin sisältö 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Kvanttimekaaninen atomimalli Orbitaalit Kvanttiluvut Täyttymisjärjestys
LisätiedotFy06 Koe 20.5.2015 Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7
Fy06 Koe 0.5.015 Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7 alitse kolme tehtävää. 6p/tehtävä. 1. Mitä mieltä olet seuraavista väitteistä. Perustele lyhyesti ovatko väitteet totta vai tarua. a. irtapiirin hehkulamput
LisätiedotS Fysiikka III (Est), 2 VK Malliratkaisut (Arvosteluperusteita täydennetään vielä)
S-.7 Fysiikka III (st), VK 8.5.008 Malliratkaisut (Arvosteluperusteita täydennetään vielä). Näytä, että sekä symmetrinen aaltofunktio ψn( x ) ψn ( x) + ψn( x) ψn, että antisymmetrinen aaltofunktioψn( x)
LisätiedotMagneettinen energia
Luku 11 Magneettinen energia 11.1 Kelojen varastoima energia Sähköstatiikan yhteydessä havaittiin, että kondensaattori kykenee varastoimaan sähköstaattista energiaa. astaavalla tavalla kela, jossa kulkee
LisätiedotLuento 8 6.3.2015. Entrooppiset voimat Vapaan energian muunoksen hyötysuhde Kahden tilan systeemit
Luento 8 6.3.2015 1 Entrooppiset voimat Vapaan energian muunoksen hyötysuhde Kahden tilan systeemit Entrooppiset voimat 3 2 0 0 S k N ln VE S, S f ( N, m) 2 Makroskooppisia voimia, jotka syntyvät pyrkimyksestä
LisätiedotLuento 3. Millerin indeksit Kidevirheet Röntgendiffraktio Elastisuusteoria
Luento 3 Millerin indeksit Kidevirheet Röntgendiffraktio Elastisuusteoria Luento 3 Millerin indeksit Kidevirheet Röntgendiffraktio Elastisuusteoria Kidesuunnat Kidesuuntien määrittäminen kuutiollisessa
LisätiedotSÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017
SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017 Viikko Aihe kirjan luku Viikko 1 Sähköken>ä, pistevaraukset 14 Viikko 2 Varausjakauman sähköken>ä 16 Viikko 2 Sähköinen poteniaalienergia ja poteniaali 17 Viikko 3 Sähköken>ä
LisätiedotZ 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2
766328A Termofysiikka Harjoitus no., ratkaisut (syyslukukausi 24). Klassisen ideaalikaasun partitiofunktio on luentojen mukaan Z N! [Z (T, V )] N, (9.) missä yksihiukkaspartitiofunktio Z (T, V ) r e βɛr.
LisätiedotSÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013
SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013 1. RESISTANSSI Resistanssi kuvaa komponentin tms. kykyä vastustaa sähkövirran kulkua Johtimen tai komponentin jännite on verrannollinen
LisätiedotMustan kappaleen säteily
Mustan kappaleen säteily Musta kappale on ideaalisen säteilijän malli, joka absorboi (imee itseensä) kaiken siihen osuvan säteilyn. Se ei lainkaan heijasta eikä sirota siihen osuvaa säteilyä, vaan emittoi
LisätiedotVoima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen
Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen Mene osoitteeseen presemo.helsinki.fi/kontro ja vastaa kysymyksiin Tavoitteena tällä luennolla Miten määritetään voima kun potentiaalienergia U(x,y,z)
LisätiedotHALLIN ILMIÖ 1. TUTKITTAVAN ILMIÖN TEORIAA
1 ALLIN ILMIÖ MOTIVOINTI allin ilmiötyössä tarkastellaan johteen varauksenkuljettajiin liittyviä suureita Työssä nähdään kuinka all-kiteeseen generoituu all-jännite allin ilmiön tutkimiseen soveltuvalla
LisätiedotDEE Aurinkosähkön perusteet
DEE-53010 Aurinkosähkön perusteet Neljännen luennon aihepiirit Aurinkokennon virta-jännite-käyrän muodostuminen Edellisellä luennolla tarkasteltiin aurinkokennon toimintaperiaatetta kennon sisäisten tapahtumisen
LisätiedotKEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.
KEMIA Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista. Kemian työturvallisuudesta -Kemian tunneilla tutustutaan aineiden ominaisuuksiin Jotkin aineet syttyvät palamaan reagoidessaan
LisätiedotKULJETUSSUUREET Kuljetussuureilla tai -ominaisuuksilla tarkoitetaan kaasumaisen, nestemäisen tai kiinteän väliaineen kykyä siirtää ainetta, energiaa, tai jotain muuta fysikaalista ominaisuutta paikasta
LisätiedotJAANA MÄENPÄÄ KULLAN, NCCO:N JA VISMUTTITELLURIDIN ELEKTRONISET RAKENTEET LASKENNALLISELLA MENETELMÄLLÄ. Diplomityö
JAANA MÄENPÄÄ KULLAN, NCCO:N JA VISMUTTITELLURIDIN ELEKTRONISET RAKENTEET LASKENNALLISELLA MENETELMÄLLÄ Diplomityö Tarkastajat: professori Helge Lemmetyinen ja yliopiston lehtori Matti Lindroos Tarkastajat
LisätiedotSuprajohteet. 19. syyskuuta Syventävien opintojen seminaari Suprajohteet. Juho Arjoranta
Suprajohteet Syventävien opintojen seminaari juho.arjoranta@helsinki. 19. syyskuuta 2013 Sisällysluettelo 1 2 3 4 5 1911 H. K. Onnes havaitsi suprajohtavuuden Kuva: Elohopean resistiivisyys sen kriittisen
LisätiedotPUOLIJOHTEEN SÄHKÖNJOHTAVUUS
PUOLIJOHTEEN SÄHKÖNJOHTAVUUS 1 Johdanto Kiinteissä aineissa aineen elektronit ovat järjestyneet niin kutsutuille energiavöille. Hyvissä sähkönjohteissa ylin elektroneita sisältävä energiavyö on vain osittain
LisätiedotKvanttifysiikan perusteet 2017
Kvanttifysiikan perusteet 207 Harjoitus 2: ratkaisut Tehtävä Osoita hyödyntäen Maxwellin yhtälöitä, että tyhjiössä magneettikenttä ja sähkökenttä toteuttavat aaltoyhtälön, missä aallon nopeus on v = c.
LisätiedotHiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura
Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura Atomi Aine koostuu molekyyleistä Atomissa on ydin ja fotonien ytimeen liittämiä elektroneja Ytimet muodostuvat
LisätiedotFysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus)
Fysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus) 1) MEKANIIKKA Vuorovaikutus vuorovaikutuksessa kaksi kappaletta vaikuttaa toisiinsa ja vaikutukset havaitaan molemmissa kappaleissa samanaikaisesti lajit: kosketus-/etä-
LisätiedotBraggin ehdon mukaan hilatasojen etäisyys (111)-tasoille on
763343A KIINTEÄN AINEEN FYSIIKKA Ratkaisut 2 Kevät 2018 1. Tehtävä: Kuparin kiderakenne on pkk. Käyttäen säteilyä, jonka aallonpituus on 0.1537 nm, havaittiin kuparin (111-heijastus sirontakulman θ arvolla
Lisätiedot4. Selitä sanoin ja kuvin miten n- ja p-tyypin puolijohteiden välinen liitos toimii tasasuuntaajana?
Tentti 4..2006. a) Selitä Braggin laki röntgensäteiden heijastukselle kiteistä. b) Tutki onko tasoissa (00), (0) ja () sammuneita heijastuksia tilakeskeisessä kuutiollisessa rakenteessa. Toista sama pintakeskeisessä
LisätiedotElektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist
Elektroniikka Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist Kurssin sisältö Sähköopin perusteet Elektroniikan perusteet Sähköturvallisuus ja lainsäädäntö Elektroniikka musiikkiteknologiassa Suoritustapa
LisätiedotS Fysiikka III (Est) 2 VK
S-37 Fysiikka III (Est) VK 500 Tarkastellaan vedyn p energiatasoa a) Mikä on tämän tason energia Bohrin mallissa? b) Oletetaan että spinratavuorovaikutus voidaan jättää huomiotta Kirjoita kaikki tähän
LisätiedotDEE-11110 Sähkötekniikan perusteet
DEE-11110 Sähkötekniikan perusteet Antti Stenvall Passiiviset piirikomponentit Luennon keskeinen termistö ja tavoitteet vastus käämi kondensaattori puolijohdekomponentit Tarkoitus on esitellä piiriteorian
LisätiedotCHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen
CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen Orgaaninen reaktio Opettava tutkija Pekka M Joensuu Orgaaniset reaktiot Syyt Pelkkä törmäys ei riitä Varaukset (myös osittaisvaraukset) houkuttelevat molekyylejä
Lisätiedot