Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

--- lab2:lab2.3_theory [2025/11/06 08:32]
root создано
+++ — (текущий)
@@ Строка 1: / Строка 1: @@
-====== Теория: Электронный газ и контактная разность потенциалов ======
-> 📚 //Дополнительные материалы к лабораторной работе 2.3//
-===== 🎯 Физическая суть явлений =====
-**Электронный газ** - это модель, описывающая поведение свободных электронов в металле как идеального газа, подчиняющегося квантовой статистике.
-**Контактная разность потенциалов** - разность потенциалов, возникающая при контакте двух различных проводников due to разницы в работах выхода.
-===== 📐 Теория электронного газа в металлах =====
-=== Модель Друде-Лоренца ===
-Электроны проводимости рассматриваются как идеальный газ, находящийся в потенциальной яме ионов кристаллической решетки.
-=== Статистика Ферми-Дирака ===
-$$f(E) = \frac{1}{e^{\frac{E-E_F}{kT}} + 1}$$
-где:
-- $E_F$ - энергия Ферми
-- $k$ - постоянная Больцмана
-- $T$ - температура
-=== Температура электронного газа ===
-При комнатной температуре $T_F \approx 10^4$ K - типичная температура Ферми для металлов.
-===== 🔗 Контактные явления =====
-{{ :lab2:contact_potential.png?300 | Схема возникновения контактной разности потенциалов}}
-=== Работа выхода ===
-$$A = E_0 - E_F$$
-где $E_0$ - энергия электрона в вакууме.
-=== Формула Вольта ===
-При контакте двух металлов:
-$$\varphi_{12} = \frac{A_2 - A_1}{e}$$
-=== Термоэлектронная эмиссия ===
-Закон Ричардсона-Дэшмана:
-$$j = AT^2e^{-\frac{A}{kT}}$$
-===== 🎪 Аналогии и примеры =====
-**Аналогия электронного газа:**
-Представьте "море" беспорядочно движущихся электронов в металле, подобно молекулам газа в сосуде.
-**Практические примеры:**
-- **Вакуумные лампы** - классический пример термоэмиссии
-- **Термопары** - использование контактной разности для измерения температуры
-- **Солнечные батареи** - фотоэлектрический эффект
-===== 📈 Методика эксперимента =====
-=== Вольт-амперная характеристика диода ===
-{{ :lab2:diode_characteristic.png?400 | Типичная ВАХ вакуумного диода}}
-На графике выделяются три участка:
-. **Область пространственного заряда** - ток ограничен объемным зарядом
-. **Область закона "трех вторых"** - ток растет по степенному закону
-. **Область насыщения** - ток ограничен термоэмиссией
-=== Определение параметров ===
-Из наклона графика $\ln(I)$ от $U$ в области насыщения определяем температуру электронного газа.
-===== 🎥 Демонстрационные материалы =====
-**Рекомендуемые видео для понимания теории:**
-. **[[https://rutube.ru/video/def456abc789/|Эксперимент с вакуумным диодом]]** (RUTUBE, 10 мин) - демонстрация снятия ВАХ
-. **[[https://www.youtube.com/watch?v=example1|Квантовая статистика электронов]]** (Лекторий "ПостНаука", 15 мин)
-. **[[https://edu.ru/fizika-tyverdogo-tela/|Интерактивные модели]]** (Российский образовательный портал) - модели электронного газа
-===== 🔧 Практическое применение =====
-| Область применения | Используемые явления |
-|-------------------|---------------------|
-| **Вакуумная электроника** | Термоэлектронная эмиссия |
-| **Полупроводниковая техника** | Контактная разность потенциалов |
-| **Наноэлектроника** | Квантовые свойства электронного газа |
-| **Термоэлектричество** | Контактные явления в термопарах |
-===== ❓ Частые вопросы =====
-**Почему электронный газ называют "вырожденным"?**
-Потому что даже при комнатной температуре он подчиняется квантовой статистике Ферми-Дирака, а не классической статистике Максвелла-Больцмана.
-**Как контактная разность потенциалов влияет на работу транзистора?**
-Она определяет пороговое напряжение и вольт-амперные характеристики p-n переходов.
-===== 📚 Рекомендуемая литература =====
-. Сивухин Д.В. "Общий курс физики. Том 3: Электричество"
-. Китель Ч. "Введение в физику твердого тела"
-. Ашкрофт Н., Мермин Н. "Физика твердого тела"
-. [[https://ru.wikipedia.org/wiki/Электронный_газ|Статья в Википедии]]
-{{tag>лабораторная_работа электронный_газ контактная_разность_потенциалов термоэмиссия физика_твердого_тела}}