1. Suyuqliklarda elektr toki. Faradyey qonunlari. Yarim o‘tkazgichlar. Suyuqliklarda elektr toki

Matematik yozilishi[tahrir | manbasini tahrirlash]

Faraday qonunlarini quyidagi formula sifatida yozish mumkin:
� = (��)(��),
bu yerda:
· � - elektrodga yotqizilgan moddaning massasi,
· � - materiyadan o'tadigan umumiy elektr zaryad
· �=96485.332 C mol⁻¹ - Faraday doimiysi,
· � - ionning molyar massasi (Masalan, mis ionining molyar massasi Cu+ = 63,5 g/mol),
· � — moddaning valentlik soni ionlars (har bir ionda ortiqcha yoki etishmayotgan elektronlar soni)

Eng oddiy holatda doimiy tok ishlatiladi va elektroliz jarayonida umumiy elektr zaryadi (tizimdan o'tgan) quyidagicha: �=�� , bu massa uchun ifodaga olib keladi :

� = (���)(��), bu yerda joriy oʻlcham � amper va zaryad birligi � kulon (boshqacha aytganda, amper-sekundlar). Amaliy maqsadlarda siz boshqa zaryad birliklaridan foydalanishingiz mumkin, masalan, amper-soat (3600 C ga teng), ammo bu holda siz tegishli multiplikatorni kiritishda ehtiyot bo'lishingiz kerak (umuman olganda, boshqa jismoniy birlik tizimlaridan foydalanganda bo'lgani kabi) , masalan SGS, bu erda Faraday doimiysining raqamli qiymati, albatta, boshqacha bo'ladi).
Yarimoʻtkazgichlar oʻtkazuvchanligi jihatidan metall va dielektriklar orasidagi moddalar boʻlib, oʻz fizik xususiyatlarini turli tashqi taʼsirlar (masalan yoritish, isitish va hokazo) natijasida keng intervalda oʻzgartira olish xususiyatiga ega. Yarimoʻtkazgichlar elektronika va mikroelektronikada juda keng qoʻllanilib, zamonaviy elektr jihozlarning deyarli hammasi — kompyuterlardan tortib to uyali aloqa telefonlarigacha barchasi yarimoʻtkazgichli texnologiyaga asoslangan. Eng keng qoʻllaniladigan yarimoʻtkazgich modda kremniy boʻlib, boshqa moddalar ham keng qoʻllaniladi.
Yarimoʻtkazgichlar — elektr tokini yaxshi oʻtkazuvchi moddalar (oʻtkazgichlar, asosan, metallar) va elektr tokini amalda oʻtkazmaydigan moddalar (dielektriklar) orasidagi oraliq vaziyatni egallaydigan moddalar. Mendeleyev davriy sistemasida II, III, IV, V va VI guruhlarda joylashgan koʻpchilik elementlar. Masalan: kremniy (Si), germaniy (Ge), mishyak-galliy (GaAs), kadmiy-tellur (CdTl) va h.k. Sof yarimoʻtkazgichlar (Cr, Ge)oʻzidan elektr tokini oʻtkazmaydi. Ularning bir qator birikmalari yarimoʻtkazgichlar jumlasiga kiradi. Ya.da ham metallardagi kabi elektr oʻtkazuvchanlik elektronlarning harakati tufayli yuzaga keladi. Biroq elektronlarning harakatlanish sharoitlari metallar va Ya.da turlicha boʻladi. Ya. quyidagi asosiy xususiyatlarga ega: Ya.ning elektr oʻtkazuvchanligi temperatura koʻtarilishi bilan ortib boradi (mas, temperatura 1 K ga ortganda Ya.ning solishtirma oʻtkazuvchanligi 16—17 marta ortadi); Ya.ning elektr oʻtkazuvchanligida atom bilan sust (V guruh elementi qoʻshilganda) bogʻlangan elektronlardan tashqari atom bilan kuchliroq bogʻlangan elektronlar ham ishtirok etadi (baʼzi hollarda bogʻlangan elektronlar asosiy rol oʻynaydi); sof Ya.ga oz miqdorda qoʻshilma kiritib, uning oʻtkazuvchanligini keskin oʻzgartirish mumkin (mas, 0,01% qoʻshilma kiritilganda Ya. ning oʻtkazuvchanligi 10000 marta ortib ketadi).
Past temperaturalarda Ya.ning solishtirma qarshiligi juda katta boʻladi va amalda ular izolyator hisoblanadi, lekin temperatura ortishi bilan ularda zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi keskin ortadi. Mas, kremniyga biror element qoʻshganimizda 20° T.da erkin elektronlar konsentratsiyasi ~10៱17 m³ boʻlsa. 700° da 10៱24 m³ gacha, yaʼni million martadan koʻproq ortadi. Ya.da elektronlar konsentratsiyasining T.ga bunday keskin bogʻlikligi oʻtkazuvchanlik elektronlari issiqlik harakati taʼsirida hosil boʻlishini koʻrsatadi. Yarimoʻtkazgich kristallda atomlar valent elektronlari yordamida oʻzaro bogʻlangan. Atomlarning issiqlik tebranishlari vaqtida issiqlik energiyasi valent elektronlar orasida notekis taqsimlanadi. Ayrim elektronlar oʻz atomi bilan bogʻlanishni uzib, kristallda erkin koʻchib yurish imkonini beradigan yetarli miqdordagi issiqlik energiyasiga ega boʻlib qolishi va erkin elektronlarga aylanishi mumkin.
Tashqi elektr maydon boʻlmaganda bu erkin elektronlar tartibsiz harakat qiladi. Elektr maydon taʼsirida esa maydonga qarshi yoʻnalishda tartiblangan harakatga kelib, Ya.da tok hosil qiladi. Erkin elektronlar yuzaga keltirgan oʻtkazuvchanlik elektron yoki n-tip oʻtkazuvchanlik deb ataladi (bu holatda sof yarimoʻtkazgichga V guruh elementi qoʻshilgan holat).
Bogʻlangan elektronning oʻz atomini „tashlab ketishi“ atomning elektr neytralligini buzadi. unda „ketib qolgan“ elektron zaryadiga miqdoran teng musbat zaryad — teshik vujudga keladi. Tashqi elektr maydon boʻlmaganda elektronlar ham, teshiklar ham tartibsiz harakatlanadi, tashqi maydon boʻlganda esa elektronlar maydonga qarshi, teshiklar maydon boʻylab koʻchadi. Teshiklarning koʻchishi bilan bogliq oʻtkazuvchanlik teshikli yoki p-tip oʻtkazuvchanlik deyiladi (bu holatda sof yarimoʻtkazgichga III guruh elementi qoʻshilgan holat). Erkin elektronlar soni bilan teshiklar soni bir-biriga tengligi tushunarli. Aniklanishicha, ularning harakatlanish tezligi ham bir xil ekan. Demak, Ya.dagi tok ayni vaqtda ham elektron, ham teshikli oʻtkazuvchanlikdan vujudga keladi. Bunday elektronteshikli oʻtkazuvchanlik Ya.ning xususiy oʻtkazuvchanligi deyiladi. Xususiy oʻtkazuvchanlik sof Ya.da kuzatiladi. Biroq tabiatda sof Ya. yoʻq. Baʼzi qoʻshilmalar Ya.ni erkin elektronlar bilan boyitsa, boshqa baʼzi qoʻshilmalar teshiklar bilan boyitadi. Ya.da yuzaga keladigan bunday oʻtkazuvchanlik aralashmali oʻtkazuvchanlik deb ataladi.
Agar asosiy Ya. atomi oʻrniga elementlar davriy sistemasida undan keyingi guruhda turgan element atomi kiritilsa, bu qoʻshilma atomning bitta valent elektroni atomlararo bogʻlanishda ishtirok etmaydi va erkin elektronlar safiga qoʻshiladi, binobarin, n-tip oʻtkazuvchanlik ortadi. Va, aksincha, undan oldingi oʻrinda turgan element atomi kiritilsa, atomlararo toʻla bogʻlanishda 1 ta elektron yetishmaydi, teshik hosil boʻladi. Bunda p-tip oʻtkazuvchanlik ortadi. Qoʻshimcha ikkinchi holda donor (elektron beruvchi) qoʻshilma, birinchi holda esa akseptor (elektron oluvchi) qoʻshilma deb ataladi.
Shunday qilib, Ya.ning elektr oʻtkazuvchanligi xususiy va aralashmali oʻtkazuvchanliklar yigʻindisidan iborat boʻladi. Yuqori T.larda xususiy oʻtkazuvchanlik, past T.larda esa qoʻshilmali oʻtkazuvchanlik asosiy rol oʻynaydi.
Sunnat Gʻoipov.