2. Gázok 2.1. Ideális gáz. Első rész: előző előadás folytatása. Gázok. Fázisátalakulások. További példák a Boltzmann eloszlás következményeire

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "2. Gázok 2.1. Ideális gáz. Első rész: előző előadás folytatása. Gázok. Fázisátalakulások. További példák a Boltzmann eloszlás következményeire"

Eszter Vincze
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Első rész: előző előadás folytatása Gázo Fázisátalauláso További példá a Boltzma eloszlás övetezméyeire. Gázo.1. Ideális gáz Ideális gáz állapot jellemzése ics ölcsöhatás E =0 szerezete redezetle Potszerűe csa ietius eergia : ütözése az edéy falával részecsé azoosa izotróp: tulajdoságai függetlee a mérés iráyától deformálható térfogatát a tartály határozza meg Prof. Fidy Judit 016 otóber 0 Termodiamia: ietius gázelmélet yomás értelmezése állapotegyelet Eteljes = 1 m( v ) 1 mv = 3 pv = átlag ε = i 1 mv i. Gázo.1. Ideális gáz. Gázo.. Reális gázo az általáos gáztörvéy orreciója Boltzma eloszlás övetezméye: 1. a részecsé em potszerűe térfogatu b mozgási terü lecsöe V ről (V b) re az egyedi részecsé sebessége (abszolút értée) eloszlást övet Maxwell Boltzma féle sebességeloszlás hőmérsélet szerepe legvalószíűbb/átlag sebesség eltolódása eloszlás iszélesedése magasabb hőmérsélete Kietius gázelmélet összefoglalás: A hőmérsélet egyértelműe meghatározza a részecsé átlagos ietius eergiáját az egyedi ietius eergiá populációját i O Sebesség abszolút értée. a részecsé özött ölcsöhatás va, erőssége a E belső = E mozg. +E ölcs. a p(v b)= értéél a tapasztalt yomás isebb ütözési sebesség a vozó ölcsöhatás miatt isebb a változás függ a ocetrációtól (/V) Va der Waals egyelet p /(V b) a(/v) = p p + a = V (egy lehetséges leírás ) ( V b) De: továbbra is igaz a hőmérsélet ietiai értelmezése magas hőmérsélete a reális gázo is jól leírható ideális gázét Taöyv 59 60

Az ayagcsaládo özött és a családoo belül fázisátalauláso lehetségese Fázis: az ayag térfogatelemei fiziai és émiai tulajdoságoba megegyeze Elsőredű fázisátalaulás: hőcserével jár: átlagos ötési

2 Az ayagcsaládo özött és a családoo belül fázisátalauláso lehetségese Fázis: az ayag térfogatelemei fiziai és émiai tulajdoságoba megegyeze Elsőredű fázisátalaulás: hőcserével jár: átlagos ötési eergia változi itezív paraméter folytoosa az extezív ugrásszerűe változi (Másodredű fázisátalaulás: em jár hőcserével, a paramétere folytoosa változa) A víz fázisdiagramja Általáos viseledés Taöyv: Más jellegű példá a Boltzma eloszlásra Féme termius eletroemissziója erst egyelet Kémiai reació reaciósebességée függése a hőmérsélettől Reació : A B A AB és BA reaciósebessége aráyosa azo reagese számával, amelye eergiája eléri az ativációs gát agyságát. AB BA K = = cost e = cost e BA AB ε barrier ε A ε barrier ε B ε A ε B A hőmérséletet változtatva és mérve a reaciósebességeet, az adatoból az ativációs eergia meghatározható Arrheius féle ábrázolás ε A ε B log K = (loge)( ) 1 T Barometrius magasságformula A levegő sűrűsége az atmoszférába a tegerszittől mért magassággal (h) csöe: ρ( h) ρ(0) mgh m a levegő részecséie átlagos tömege g gravitációs gyorsulás Kristályos szerezetű ayago Másodi rész Kötött eletroo eergiaállapotai redezett redszerebe eletromos és optiai tulajdoságo. Eergia -o izolált atomo diszrét eergiaívói ~10 3 azoos atomból ristály azoos eergiaállapotú eletroo r 0 távolságba Pauli elv ülső eletroo eergiája új ívóra hasad folytoos eergiao.

Az atomo ölcsöhatása megváltoztatja az eletroo eergiáit Diszrét eergia ívó folytoos eergiájú o tiltott oal elválasztva A fiziai/émiai tulajdoságo a legfelső és a legalsó üres eergetiai

3 Az atomo ölcsöhatása megváltoztatja az eletroo eergiáit Diszrét eergia ívó folytoos eergiájú o tiltott oal elválasztva A fiziai/émiai tulajdoságo a legfelső és a legalsó üres eergetiai tulajdoságaitól függe három jellegzetes ayagcsalád: A1 A B Eergia -o izolált atomo diszrét eergiaívói Példa: szilárd ristályos a 1s s p 6 3s 1 ( l + 1) letro állapoto száma egy ba Vezetési üres 1 ev üres üres 3p 0 Vegyérté Részlegese Tiltott o 3s p 6 s 1s Maghoz özeli belső eergiao A 3s csa félig betöltött A típusú B típusú A - típusú ayago A1 Miért? vezetési vegyérté Δ ε A A tiltott eergiájától függőe! Tiltott gap E gap Üres vezetési Telített vegyérté- Δε = E gap és viszoya döti el, hogy lehete-e termius ooból eletroo a vezetési ba ~ 0.03 ev T=300 K, =1.38x10-3 JK -1 Boltzma álladó A1 típusú ayago E gap >> 1eV Pl. gyémát E gap = 5.4 ev vezetési vegyérté = 0 E gap túl agy -hez épest szigetelő - ics eletromos vezetés (eletromos letörés: ~V/ötés V/m) - ics féyelyelés a VIS tartomáyba: E VISfoto <E gap VIS-be átlátszóa - lehetséges, hogy E UV-be lehet, hogy em átlátszóa UVfoto E gap - IR elyelés: egyesúlyi ötéstávolság örüli rezgése gerjesztése

0 K Vez.. Vegy. A típusú ayago Si Ge Egap E gap 1eV e - E g (ev) 1.1 0.75 vez vegy 0.75( Ge) 0.03 33 vegyérté E gap em túl agy -hez épest termiusa legyőzhető (tiszta) félvezető = 7 10 15 3 6 10!

4 0 K Vez.. Vegy. A típusú ayago Si Ge Egap E gap 1eV e - E g (ev) vez vegy 0.75( Ge) vegyérté E gap em túl agy -hez épest termiusa legyőzhető (tiszta) félvezető = ! vezetési 4 -tipusú töltéshordozó (vezetési eletro: egatív töltés) p tipusú töltéshordozó (lyu: eletro-hiáy: pozitív töltés) 10 1 M 3g (ρ=5.5 g/cm 3 ) 4*10 8 e /6 cm 3 A vezetési eletroo a vegyérté ból termius gerjesztéssel jöe létre étféle töltéshordozó 8 Eletromos tulajdoságo σ = E gap ost. e Gyegé függ T-től hf VIS > E gap - VIS átlátszatlaság - Féyelyelés eletromos vezetést iduál fotodetetoro (tiszta) félvezető - folytatás Kétféle töltéshordozó eletezése és reombiációja együtt eletezési valószíűség aráyos a B. fatorral. A fajlagos vezetőépesség (σ) a hőmérsélet emeledésével ő termorezisztoro hőmérsélet-mérés Optiai tulajdoságo Féyfoto elyelődhet! gerjesztés a vezetési ba λ(m) B típusú ayago Pl. 1- és -vegyértéű féme: a, Mg, Cu.. (töltés)/m 3 ics tiltott a vegyérté és a vezetési özött jó vezető : féme Az eletroo eergia-felvétele széles tartomáyba lehetséges a részlegese betöltött vezetési o belül -Eletro-vezetés, agy vezetőépesség -Széles eergiatartomáyú foto-abszorpció átlátszatlaság σ 1 T Cu fajlagos elleállás (1/σ) (Ohmxm) x10-8 3x10 3 Ige is elleállás agy vezetőépesség Tulajdoságo Si 9x10 8 1x10 16 T=93 K A fajlagos vezetőépesség csöe a hőmérsélettel E partially filled coductio bad félvezető! Külöleges család A- belül Szeyezéses félvezető Szeyezés (Dopig) speciális techia: ige tiszta félvezető ristályba (host) Ige is meyiségbe egymástól távol, izolálta elhelyezett idege ompoes host dopat 6 10 Izolált szeyező (dopats) Ötlet: megfelelőe iválasztott dopat csöeti az E gap,-t, igy a termiusa létrehozott töltése száma megöveszi Kétféle ombiációt realizálta 4-vegyértéű gazda-rácsba 5-vegyértéű dopat 4-vegyértéű gazda-rácsba 3-vegyértéű dopat Host (gazdarács): Ge, Si -tipusú félvezető p-tipusú félvezető Dopat: 5-vegyértéű : P, As, Bi 3-vegyétéű : B, Al, Ga, I

Pl. 4 vegyértéű Ge ristályrács szeyezve 5 vegyértéű As atomoal Összefoglalás: - és p-tipusú szeyezéses félvezető Vegyérté eletroo Az ötödi As eletro em tud részt vei ovales ötésbe gyegé ötött a

01 ev -típusú p-tipusú Door ívó Vezetési Vegyérté A door ívó csa a szeyezőö léteze, em tuda deloalizálódi.

A szeyező létező door ívó termiusa gerjesztett eletrojai vezete A szeyező atomál leötetle gazda-atom eletro fogad gerjesztett gazda-rács eletrooat : loalizált aceptorívó populálása.

5 Pl. 4 vegyértéű Ge ristályrács szeyezve 5 vegyértéű As atomoal Összefoglalás: - és p-tipusú szeyezéses félvezető Vegyérté eletroo Az ötödi As eletro em tud részt vei ovales ötésbe gyegé ötött a szeyezés helyé is eergiával iszabadulhat és részt vehet a vezetésbe: door állapot tipusú vezetés E g ~1 ev ev -típusú p-tipusú Door ívó Vezetési Vegyérté A door ívó csa a szeyezőö léteze, em tuda deloalizálódi. Ha gerjesztőde eze az eletroo, aor a hátramaradt lyua szité loalizálta, em vesze részt a vezetésba. A szeyező létező door ívó termiusa gerjesztett eletrojai vezete A szeyező atomál leötetle gazda-atom eletro fogad gerjesztett gazda-rács eletrooat : loalizált aceptorívó populálása. A gazda-rácsba hátramaradó lyua vezete Az áramörö alapelemei: dióda és trazisztor előállítható - és p tipusú szeyezéses félvezetőből + yitó iráyú apcsolás: vezetés - p + Trazisztor: -áramerősítő - digitális memória elemei - számláló Dióda: - multivibrátoro - egyeiráyító - eletromos feszültség féyforrás LED - megvilágítás feszültség pixel CCD amerába Feltétel a megfelelő szeyezés ige is méretbe előállítható áramörö miroeletroia lehetősége base (p) p + - ϕ oll > ϕ bázis Jelelegi legmoderebb féyforrás: LED olletor bázis emitter collector () emitter () lyu féy P tipus tipus eletro Vezetési Gap Tiltott Vegyérté Eletromos vezetés hatására a p határrétegbe többségbe erült eletroo és lyua reombiációja eletroo eergia vesztése féyemisszióval

1956 fiziai obel díj a félvezető trazisztor

Shocley és Walter Brattai a Bell Lab ba,

megvalósításáért Isamu Aasai, Shuji aamura,

obel 197 A szupravezetés elméletéért Walter

6 1956 fiziai obel díj a félvezető trazisztor megvalósításáért Joh Bardee, William Shocley és Walter Brattai a Bell Lab ba, fiziai obel díj a éféyű LED megvalósításáért Isamu Aasai, Shuji aamura, Hiroshi Amao, Joh Bardee II.obel 197 A szupravezetés elméletéért Walter Brattai Ige jó ísérleti fizius LED: Light Emittig Diode Köszööm a figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Sok részecskéből álló rendszerek leírása II. rész Fény abszorpció

Sok részecskéből álló rendszerek leírása II. rész Fény abszorpció Boltzma eloszlás So részecséből álló redszere leírása II. rész Féy abszorpció ε ε, N megülöböztethető, függetle részecse Termius egyesúlyba (zárt redszerbe), T= hőmérsélete ε egy részecse lehetséges eergiáa