Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества - Бутиков Е.И.
Скачать (прямая ссылка):
• Что такое р—л-переход? Как он устроен?
• Какие причины приводят к появлению электрического поля и потенциального барьера на границе р- и л-областей?
• Что такое основные и неосновные носители? Почему неосновные носители заряда сосредоточены вблизи р—л-перехода?
• Почему электрическое поле в р—л-переходе представляет собой барьер для основных носителей и крутой склон для неосновных?
• Как изменяется потенциальный барьер между р- и «-областями при приложении к нему прямого и обратного напряжения?
• Чем объясняется асимметричный вид вольт-амперной характеристики р—л-перехода?
• Нарисуйте схемы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей с использованием полупроводниковых диодов.
§ 37. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
315
• Как устроен транзистор р—п—p-типа? Опишите, как он работает в схеме усилителя с общей базой.
• Рассмотрите работу в качестве усилителя транзистора р—п—p-типа. В какой полярности должны быть включены источники постоянного напряжения во входной и выходной цепях?
• Как оценить коэффициент усиления транзистора?
• Что такое интегральная микросхема?
• Поясните, почему полупроводниковые кристаллы поглощают и излучают свет в видимой и ближней инфракрасной области спектра.
• Какие особенности структуры энергетических зон кристаллов типа A3BS определяют их применение в качестве материала для изготовления светодиодов и полупроводниковых лазеров?
• Какую роль играет закон сохранения импульса в процессах взаимодействия света с электронами и дырками в полупроводниках?
• Каким образом осуществляется инверсия заселенностей в полупроводниковых лазерах?
VIII. АТОМНОЕ ЯДРО И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
§ 38. Строение атомного ядра
Существование атомных ядер впервые было экспериментально доказано в знаменитых опытах Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. В этих опытах удалось также установить размеры ядра. Оказалось, что диаметр ядра имеет порядок 10-12—10-13 м. В итоге возникла планетарная модель атома, которая была детально разработана Н. Бором. Теория Бора позволила объяснить многие наблюдаемые свойства атомов.
Атомное ядро на Земле и в космосе. Многочисленные опытные факты, такие, как естественная и искусственная радиоактивность, ядерные реакции, свидетельствуют о сложном строении ядра. Однако в окружающем нас земном мире атомные ядра, как правило, существуют только в своих основных энергетических состояниях. Большинство ядер ведут себя совершенно пассивно, выступая лишь носителями электрического заряда и массы, и никак не проявляют своих внутренних динамических свойств. Фактически на Земле все интересные ядерные явления происходят только в созданном руками человека искусственном мире ядерных реакторов и ускорителей заряженных частиц. Наиболее впечатляющие явления разыгрываются в гигантских ускорителях, способных сообщить разгоняемым частицам-«снарядам» огромные энергии, не встречающиеся в обычных условиях.
Иначе обстоит дело в масштабах Вселенной. Энергетические превращения, происходящие в недрах звезд, квазаров и других космических объектов, — это арена проявления динамических свойств ядер и элементарных частиц. В конечном итоге именно этим процессам мы обязаны всеми доступными на Земле источниками энергии. И сам состав окружающего нас сегодня материального мира представляет собой продукт ядерных реакций, происходящих на протяжении истории Вселенной.
Состав атомного ядра. По современным представлениям ядро атома любого элемента состоит из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Основные характеристики стабильных ядер — это зарядовое число Z, равное числу протонов, входящих в состав ядра, и массовое число А, равное полному числу нуклонов в ядре. Число N нейтронов в ядре, очевидно, равно разности A — Z.
§ 38. СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА
317
Так как заряд протона представляет собой элементарный положительный заряд е = 1,6-10~19 Кл, то электрический заряд ядра равен Ze. В нейтральном атоме полное число электронов в электронной оболочке равно Z. Поэтому зарядовое число Z ядра совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе Менделеева и определяет все его химические свойства.
Наряду с термином «ядро атома» используется также термин нуклид. Нуклиды с одинаковыми зарядовыми числами Z, но различными числами нейтронов N, называются изотопами, так как соответствуют одному и тому же химическому элементу, т. е. одному и тому же месту в таблице Менделеева. Химические элементы имеют по нескольку изотопов и в природе встречаются в виде смесей определенного процентного состава. Нуклиды с одинаковыми массовыми числами А, но с различными Z и N, называются изобарами (т. е. одинаково тяжелыми).
Массы протонов и нейтронов очень близки: масса протона тр = 1836,15те, масса нейтрона тп = 1838,68 те, где те =
= 0,91095- Ю~30 кг — масса электрона. Поэтому масса нуклида практически определяется общим числом А входящих в него нуклонов, а не значениями Z и N. За атомную единицу массы (а. е. м.) принимают 1/12 часть массы нуклида изотопа углерода ‘^С, содержащего 12 нуклонов. Поэтому в атомных единицах масса любого нуклона почти не отличается от единицы. В этих единицах масса ядра приближенно равна массовому числу А.
