Ôn tập Vật lí 11 – Tập 2

Chương VI DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG § 36. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 1. Cấu trúc tinh thể của kim loại Trong các nguyên tử kim loại, êlectrôn ở lớp ngoài cùng dể mất liên kết với hạt nhân trở thành êlectrôn tự do và các nguyên tử thành ion dương. Như vậy trong tinh thể kim loại, ở các nút mạng là các ion dương và xung quanh là các êlectrôn tự do. Tuy nhiên các vật thể bằng kim loại vẫn trung hoà về điện. Ở nhiệt độ bình thường, các ion dương chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của chúng, còn các êlectrôn tự do chuyển động tự do trong không gian giữa các nút mạng, Vì vậy kim loại là chất dẫn điện tốt. 2. Bản chất dòng điện trong kim loại Hạt mang điện trong kim loại là các êlectrôn tự do. + Khi không có điện trường ngoài, êlectrôn tự do chuyển động nhiệt hổn loạn nên không có dòng điện. + Khi có điện trường ngoài, dưới tác dụng của lực điện trường, êlectrôn tự do có thêm chuyển động có hướng ngược chiều điện trường, xuất hiện dòng điện trong kim loại. Vậy, dòng điện trong kim loại là dòng êlectrôn tự do chuyển dời có hướng dưới tác dụng của điện trường ngoài. 3. Giải thích nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại và hiện tượng toả nhiệt của dây dẫn kim loại. a) Nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại là do các êlectrôn tự do khi chuyển động có hướng bị ngăn trở và va chạm với các ion dương ở nút mạng. Các kim loại khác nhau có cấu trúc mạng tinh thể và mật độ êlectrôn tự do khác nhau nên sự va chạm giữa êlectrôn tự do với nút mạng khác nhau, do đó điện trở suất của các kim loại khác nhau là khác nhau. b) Các êlectrôn chuyển động có hướng mang theo năng lượng xác định, khi va chạm với ion dương kim loại sẽ truyền một phần năng lượng cho các ion dương này và biến thành năng lượng dao động của ion, tức là biến thành nhiệt. Do đó khi có dòng điện đi qua thì dây dẫn nóng lên. Khi nhiệt độ tăng thì các ion dương dao động mạnh hơn nên sự va chạm giữa êlectrôn tự do với ion dương càng lớn làm cho điện trở của kim loại tăng. § 37. DÒNG NHIỆT ĐIỆN 1. Cặp nhiệt điện. Suất nhiệt điện động A B B A mA Lấy hai dây dẫn kim loại khác nhau và hàn chúng với nhau thành một mạch kín. Giữ cho hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau (một đầu đốt nóng, đầu kia ngâm vào nước đá) thì thấy trong mạch có dòng điện được gọi là dòng nhiệt điện. Sự xuất hiện dòng điện trong mạch đó, chứng tỏ trong mạch có một suất điện động gọi là suất nhiệt điện động. Dụng cụ này gọi là cặp nhiệt điện hay pin nhiệt điện. Thí nghiệm cũng chứng tỏ suất nhiệt điện động phụ thuộc vào bản chất hai kim loại và hiệu nhiệt độ hai mối hàn, khi hiệu nhiệt độ hai mối hàn càng cao thì suất nhiệt điện động càng lớn. 2. Giải thích sự xuất hiện của suất nhiệt điện động A B + - + - a) Hiệu điện thế tiêp xúc Đặt hai thanh kim loại khác nhau A và B tiếp xúc nhau ở một đầu. Vì mật độ êlectrôn tự do n ở hai kim loại khác nhau, chẳng hạn nA > nB, nên có sự khuếch tán êlectrôn từ A sang B nhiều hơn từ B sang A. Kết quả là thanh A tích điện dương, thanh B tích điện âm và tại chỗ tiếp xúc xuất hiện điện trường hướng từ A sang B, có giá trị tăng dần, ngăn cản sự khuếch tán êlectrôn tự do từ A sang B. Điện trường đó đạt đến giá trị xác định khi số êlectrôn khuếch tán từ A sang B bằng số êlectrôn khuếch tán từ B sang A. Khi đó giữa hai thanh kim loại có một hiệu điện thế xác định gọi là hiệu điện thế tiếp xúc, phụ thuộc vào bản chất hai kim loại và nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc. + - + - t2 t1 A B A B A + - - + G b) Suất nhiệt điện động Hàn hai đầu còn lại của thanh A và B với nhau: + Nếu nhiệt độ ở hai mối hàn giống nhau thì hiệu điện thế tiếp xúc ở hai mối hàn bằng nhau nhưng trái dấu, không tạo ra dòng điện. A B mV + Nếu nhiệt độ ở hai mối hàn khác nhau thì hiệu điện thế tiếp xúc ở hai mối hàn khác nhau, trong mạch có suất điện động có trị số bằng hiệu số hai hiệu điện thế tiếp xúc. 3. Ứng dụng của cặp nhiệt điện a) Dùng làm nguồn điện: Ghép nối tiếp nhiều cặp nhiệt điện để tạo ra nguồn điện có suất điện động lớn. Hiện nay người ta dùng cặp nhiệt điện bán dẫn có suất điện động lớn hơn kim loại nhiều lần. b) Dùng để đo nhiệt độ: Vì hiệu điện thế tiếp xúc ở một mối hàn phụ thuộc vào nhiệt độ của mối hàn đó nên nếu đo được hiệu điện thế tiếp xúc, ta xác định được nhiệt độ của mối hàn. Đặt một mối hàn của cặp nhiệt điện vào lò nung hay lò luyện kim và dùng mili vôn kế đo hiệu điện thế tiếp xúc là xác định được nhiệt độ lò nung. § 38-39. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN 1. Hiện tượng điện phân. Bản chất dòng điện trong chất điện phân a) Hiện tượng điện phân · Các dung dịch axít, bazơ, muối có khả năng dẫn điện gọi là chất điện phân. · Cho dòng điện qua bình chứa dung dịch CuSO4, có điện cực bằng đồng. Sau một thời gian có một lớp đồng mỏng bắm vào điện cực âm. Hiện tượng này gọi là hiện tượng điện phân. b) Bản chất dòng điện trong chất điện phân + Theo thuyết điện li, các muối, bazơ, axít hoà tan trong nước thì chúng bị phân li thành ion dương và ion âm. + - + - A Trong quá trìmh chuyển động nhiệt hổn loạn, các ion trái dấu có thể kết hợp với nhau thành phần tử trung hòa (gọi là sự tái hợp). Ở một nhiệt độ nhất định trong một dung dịch xác định thì số phân tử bị phân li là xác định. + Khi không có điện trường đặt vào chất điện phân thì không có dòng điện vì các ion dương và âm chuyển động nhiệt hổn loạn. + Khi có điện trường ngoài đặt vào chất điện phân thì các ion chịu tác dụng của lực điện trường nên ion dương (cation) chuyển động theo chiều điện trường về điện cực âm K (catốt), ion âm chuyển động ngược chiều điện trường về điện cực dương A (anốt). Vậy, dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường c) Phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân + Khi các ion chuyển dời về các điện cực thì truyền điện tích cho các điện cực: ion âm về anốt và nhường êlectrôn, ion dương về catốt và thu êlectrôn Chúng trở thành các phân tử hay nguyên tử trung hòa. + Các nguyên tử hay phân tử trung hòa ( được tạo ra ở các địên cực) có thể bám vào điện cực, hoặc bay lên, hoặc tác dụng với điện cực và dung môi, gây nên các phản ứng hóa học gọi là phản ứng phụ. d) Hiện tượng dương cực tan xãy ra khi điện phân dung dịch muối kim loại có anốt làm bằng chính kim loại đó. Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 với anốt bằng đồng. Trong dung dịch, muối CuSO4 bị phân li thành ion: CuSO4 Cu++ + SO4- - Dưới tác dung của điện trường Cu++ + SO4- - Catốt Anốt Cu++ + 2e- Cu SO4- - + Cu SO4- - + Cu++ + 2e- Bám vào catốt tan trong dd Kết quả là anốt bằng đồng bị ăn mòn còn catốt có đồng bám vào. Như vậy, coi như dòng điện có tác dụng chuyển đồng từ anốt sang catốt. không có sự biến đổi điện năng thành hoá năng, nên bình điện phân loại này là một điện trở thuần. 2. Định luật Faraday Khối lượng m của chất thoát ra ở điện cực tỉ lệ với đương lượng hóa học của chất đó và điện lượng q qua dung dịch điện phân. m = k q A : nguyên tử lượng n : hoá trị của chất thoát ra k : hệ số tỉ lệ, có cùng giá trị với tất cả các chất Người ta thường kí hiệu: = F = 9,65.107 (C/kg) : gọi là số Faraday, là hằng số đối với mọi chất. Công thức được viết dưới dạng: m = hoặc m = 3. Điện tích của ion Muốn giải phóng m = (kg) một chất cần có điện lượng q = F = 9,65.107C qua bình điện phân. Trong A (kg) của một nguyên tố có số nguyên tử bằng N = 6,023.1023 nguyên tử /kmol. Do đó có thể tính được điện tích của một ion hoá trị một (n = 1) là: q0 = = e (điện tích nguyên tố) như vậy điện tích của một ion hoá trị n sẽ là ne. 4. Ứng dụng của hiện tượng điện phân a) Luyện kim - Dựa vào hiện tượng dương cực tan để tinh chế kim loại - Điều chế kim loại bằng phương pháp điện phân. Ví dụ: Điện phân dung dịch oxít nhôm trong criôlít (Na3AlF6) điện cực bằng than để điều chế nhôm. b) Mạ điện: Dùng phương pháp điện phân để phủ một lớp kim loại này lên một vật làm bằng kim loại khác. Vật cần được mạ làm điện cực âm, kim loại dùng để mạ làm cực dương và chất điện phân là dung dịch muối của kim loại dùng để mạ. c) Đúc điện. Khuôn của vật định đúc làm cực âm còn cực dương là kim loại mà ta muốn đúc và dung dịch điện phân là muối của kim loại đó. Cho dòng điện qua bình điện phân trong một thời gian thì kim loại sẽ kết thành một lớp trên khuôn. Tách lớp kim loại ra khỏi khuôn thì được vật cần đúc. & § 40. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ 1. Sự phóng điện trong chất khí. + - + Nối hai bản của một tụ điện không khí đã tích điện vào một tĩnh điện kế. Thí nghiệm cho thấy hiệu điện thế ở hai bản tụ điện không đổi, như vậy không khí ở điều kiện bình thường là điện môi + Dùng ngọn lửa để đốt nóng không khí giữa hai bản tụ điện thì thấy hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện giảm nhanh do tụ điện phóng điện và có dòng điện qua không khí giữa hai bản tụ. Như vậy không khí bị đốt nóng trở nên dẫn điện. + Làm thí nghiệm với các khí khác, ta thu được kết quả tương tự. 2. Bản chất dòng điện trong chất khí a) Sự ion hoá chất khí: + Ở điều kiện bình thường chất khí được cấu tạo từ những phân tử hay nguyên tử trung hoà điện nên chất khí là điện môi + Khi ta nung nóng hoặc dùng các bức xạ tác dụng vào khí thì một số nguyên tử hay phân tử mất bớt êlectrôn để tạo thành iôn dương. Một số êlectrôn được tạo thành có thể chuyển động tự do và một số khác kết hợp với nguyên tử hay phân tử trung hoà tạo thành ion âm. b) Bản chất dòng điện trong chất khí · Khi không có điện trường ngoài đặt vào chất khí đã ion hoá, các êlectrôn, ion dương và âm chuyển động nhiệt hổn loạn, không có dòng điện qua chất khí. · Khi có điện trường ngoài đặt vào chất khí đã ion hoá thì các êlectrôn và ion chịu tác dụng của lực điện trường sẽ có thêm chuyển động có hướng (ngoài chuyển động nhiệt hổn loạn) nên gây ra dòng điện trong chất khí. Vậy, dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của ion dương theo chiều điện trường và các êlectrôn và ion âm ngược chiều điện trường. § 41. SỰ PHÓNG ĐỊÊN TRONG KHÍ KÉM. TIA CATỐT 1. Sự phóng điện trong khí kém (khí ở áp suất thấp) Thí nghiệm: - + cột sáng anốt miền tối catốt A K Lập giữa hai cực của ống phóng điện một hiệu điện thế vài ngàn vôn và hút bớt không khí trong ống để làm giảm áp suất trong ống thì thấy: + Khi áp suất khoảng 100mmHg thì có một dải sáng hồng xuất hiện giữa hai điện cực, chứng tỏ dòng điện đã đi qua ống. + Khi áp suất khoảng 10mmHg đầu của dải sáng hồng tách khỏi catốt. + Khi áp suất khí từ 1mmHg đến 0,01mmHg và hiệu điện thế giữa hai cực khoảng vài trăm vôn thì thấy: ở sát catốt có một miền tối gọi là miền tối catốt, phần còn lại là miền sáng gọi là cột sáng anốt (đây là hiện tượng phóng điện thành miền). Thí nghiệm cũng cho thấy: trong miền tối catốt độ giảm điện thế là cao nhất, còn ở cột sáng anốt thì độ giảm điện thế không đáng kể. 2. Tia catốt. a) Tia catốt (hay tia âm cực) Nếu áp suất khí trong ống phóng điện còn khoảng 0,01- 0,001mmHg thì miền tối choán đầy ống, khi đó êlectrôn bắn ra từ catốt sẽ chuyển động tự do từ catốt sang anốt mà không va chạm vớí phân tử khí. Dòng êlectrôn phát ra từ catốt này gọi là tia catốt. b) Tính chất tia catốt + Truyền thẳng nếu không chịu tác dụng bởi điện trường và từ trường. + Phát ra vuông góc mặt catốt + Có mang năng lượng nên khi đập vào một vật nào đó làm vật nóng lên, do đó dùng để hàn trong chân không hoặc nấu kim loại tinh khiết trong chân không. + Có thể xuyên qua lớp kim loại mỏng (0,003 – 0,03mm) + Tác dụng lên kính ảnh và có khả năng ion hóa không khí. + Một số chất, khi tia catốt đập vào, phát ra ánh sáng (thuỷ tinh phát ra ánh sáng xanh lục, vôi phát ra ánh sáng da cam) + Bị lệch trong điện trường và từ trường. + Tia catốt là chùm êlectrôn có vận tốc lớn, khi đập vào các vật có nguyên tử lượng lớn làm phát ra tia Rơnghen. § 42. CÁC DẠNG PHÓNG ĐIỆN TRONG KHÔNG KHÍ Ở ĐIỀU KIỆN THƯỜNG Trong những điều kiện đặc biệt, không khí ở áp suất bình thường vẫn có thể dẫn điện. 1. Tia lửa điện a) Tia lửa điện: Khi giữa hai điện cực đặt trong không khí có hiệu điện thế lớn (có điện trường khoảng 3.105V/m) thì sẽ xuất hiện sự phóng địên thành tia còn gọi là tia lửa điện. Tia lửa điện không có hình dạng nhất định thường là chùm tia dích dắc có nhiều nhánh. Tia lửa điện thường kèm theo tiếng nổ (do áp suất không khí tăng đột ngột) và trong không khí sinh ra ôzôn mùi khét. b) Sét. Sét là tia lửa điện khổng lồ phát sinh do sự phóng điện giữa các đám mây tích điện trái dấu hay giữa đám mây tích điện và đất. Tia lửa sét hẹp chừng 20 – 30cm có cường độ 10000A – 50000A. Sự phát tia lửa của sét làm áp suất không khí tăng lên đột ngột gây ra tiếng nổ gọi là tiếng sấm, tiếng sét. Để tránh tác hại của sét, người ta dùng cột chống sét. 2. Hồ quang điện a) Cấu tạo: Hồ quang điện gồm hai thanh than được nối vào hiệu điện thế 40 – 50 vôn. Thoạt tiên để hai thanh than chạm nhau, sau đó tách chúng ra một khoảng ngắn thì thấy giữa hai đầu thanh than phát ra ánh sáng chói lòa có nhiệt độ rất cao (25000C- 80000C) b) Giải thích: Khi đặt hai thanh than tiếp xúc nhau thì ở chỗ tiếp xúc có điện trở lớn, toả ra một nhiệt lượng lớn. Đầu thanh than bị đốt nóng sẽ phát xạ nhiệt êlectrôn nên khi tách hai thanh than ra thì giữa chúng sẽ phóng điện. Các êlectrôn từ cực âm có động năng lớn đến đập vào cực dương làm cực dương nóng sáng và bị ăn mòn. Từ cực dương, các ion dương bắn ra bay sang cực âm, đập vào nó, làm cực âm nóng lên và các êlectrôn được bứt ra, nhờ vậy hồ quang điện được duy trì. Không khí giữa hai thanh than dẫn địên tốt vì có rất nhiều hạt mang điện là êlectrôn, ion dương và ion âm do không khí ở đó bị ion hoá mạnh. c) Ứng dụng: Hồ quang điện được dùng trong: + hàn điện, trong đó một cực của hồ quang là tấm kim loại phải hàn, cực kia là que hàn. + trong lò nung để nấu chảy kim loại. + thực hiện một số phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao & § 43. DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG Chân không là môi trường không có phân tử khí nào. Thực tế khi áp suất của khí giảm xuống khoảng 0,0001mmHg mà phân tử khí chuyển động từ thành nọ sang thành kia của ống không va chạm với phân tử khí khác thì trong ống là chân không. 1. Bản chất của dòng điện trong chân không A K G - + E a) Thí nghiệm: · Trong một bình kín chân không có hai điện cực là anốt A (nối với cực dương của nguồn điện) và catốt K (nối với cực âm). Kim điện kế (G) chỉ số không, chứng tỏ dòng điện không chạy qua chân không. · Bây giờ đốt nóng catốt bằng nguồn điện E2, kim điện kế G bị lệch, chứng tỏ có dòng điện chạy qua chân không. Nếu ta đổi hai cực của nguồn điện E thì không có dòng điện qua chân không. Như vậy dòng điện qua chân không chỉ theo một chiều từ anốt sang catốt. b) Bản chất dòng điện trong chân không A K G - + E2 E Xét một ống thuỷ tinh đã hút chân không có hai điện cực là anốt và catốt. Để chân không trong ống dẫn điện được, ta dùng nguồn điện E2 đốt nóng catốt làm cho catốt phát xạ nhiệt êlectrôn (các êlectrôn trong kim loại bứt ra khỏi kim loại ở nhiệt độ cao). Khi chưa có điện trường ngoài thì êlectrôn bứt ra khỏi catốt sẽ tụ tập gần catốt và không có sự chuyển dời có hướng của êlectrôn nên không có dòng điện. Khi nối anốt A với cực dương và catốt K với cực âm của nguồn điện, có điện trường ngoài hướng từ anốt sang catốt, êlectrôn sẽ chuyển động từ catốt sang anốt và trong mạch xuất hiện dòng điện. Vậy dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của êlectrôn bứt ra từ catốt bị nung nóng. 2. Ứng dụng của dòng điện trong chân không anốt A Catốt K a) Điốt điện tử. Triốt điện tử Điốt điện tử dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều. Nó gồm có một bóng bằng thuỷ tinh, bên trong là chân không có hai cực anốt A và catốt K là hai mặt trụ kim loại đặt đồng trục. Cực điều khiển Anốt Cặp bản thẳng đứng Cặp bản nằm ngang Màn huỳnh quang Dây catốt đốt Trong điốt điện tử nếu đặt thêm cực lưới G vào giữa anốt và catốt thì ta được triốt điện tử. Khi thay đổi điện thế cực lưới thì cường độ dòng điện qua đèn cũng bị thay đổi. b) Ống phóng điện tử. Một ống chân không mà mặt trước của nó là màn huỳnh quang ( có phủ chất ZnS) và phát sáng khi bị êlectrôn đập vào. Trong phần cổ có nguồn phát êlectrôn gồm dây đốt catốt, các cực điểu khiển và anốt. Anốt có khoét một lỗ nhỏ để một phần êlectrôn từ catốt bay sang sẽ chui qua lỗ tạo chùm tia êlectrôn. Đặt giữa anốt và catốt hiệu điện thế vài trăm đến vài ngàn vôn để tao ra chùm tia êlectrôn. Chùm tia êlectrôn này đi qua hai tụ điện C1 và C2 trước khi đến màn huỳnh quang. Khi đặt vào hai bản tụ của mỗi tụ một hiệu điện thế thì tụ C1 làm cho chùm tia êlectrôn lệch theo phương ngang còn tụ C2 làm chùm tia êlectrôn lệch theo phương thẳng đứng. Do đó chùm tia êlectrôn có thể đập vào vị trí xác định trên màn huỳnh quang tạo ra điểm sáng nhỏ trên màn. Ống phóng điện tử được dùng trong các dao động kí điện tử, trong máy thu hình (chùm tia êlectrôn được làm lệch bằng từ trường). § 44. DÒNG ĐIỆN TRONG BÁN DẪN 1. Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết O T0K (bán dẫn) a) Đặc tính dẫn điện của bán dẫn. Bán dẫn là những chất dẫn điện rất yếu ở nhiệt thấp và sẽ dẫn điện tốt ở nhiệt độ cao hoặc khi có tạp chất. Các chất bán dẫn phổ biến trong tự nhiên như Si, Ge, Se, Te, oxit kim loại, selenua, sunfua của một số kim loại. b) Sự dẫn điện của bán dẫn tinh khiết. Hạt mang điện tự do trong bán dẫn: Xét tinh thể Silic là một bán dẫn điển hình. Si Si Si Si Si Si Si Nguyên tử Si có 4 êlectrôn hoá trị, để tạo thành mạng tinh thể , chúng góp chung êlectrôn để tạo thành 4 liên kết cộng hoá trị với 4 nguyên tử gần nó nhất. Ở nhiệt độ thường các liên kết cộng hoá trị rất bền, nên trong chất bán dẫn tính khiết không có hạt mang điện tự do, là chất cách điện. Ở nhiệt độ cao, các nguyên tử Si dao động mạnh làm phá vở một số liên kết trong mạng tinh thể tạo nên một số êlectrôn tự do và để lại một số lỗ trống mang điện tích dương. Như vậy, ở nhiệt độ tương đối cao trong tinh thể bán dẫn xuất hiện đồng thời hai loại hạt mang điện tự do là êlectrôn tự do và lỗ trống. c) Bản chất dòng điện trong bán dẫn. Khi không có điện trường đặt vào tinh thể bán dẫn thì êlectrôn và lỗ trống chuyển động nhiệt hổn loạn nên không có dòng điện. Khi có điện trường đặt vào tinh thể bán dẫn, lực của điện trường tác dụng lên êlectrôn và lỗ trống làm cho chúng có thêm chuyển động có hướng, nghĩa là xuất hiện dòng điện. Vậy dòng điện trong bán dẫn tinh khiết là dòng chuyển dời có hướng của êlectrôn tự do và lỗ trống dưới tác dụng của điện trường. 2. Sự dẫn điện của bán dẫn khi có tạp chất Độ dẫn điện của bán dẫn tinh khiết thường khá nhỏ, để tăng độ dẫn điện của bán dẫn, người ta chỉ cần pha vào bán dẫn tinh khiết một lượng rất nhỏ tạp chất thì độ dẫn điện tăng lên hàng trăm, hàng triệu lần. Tuỳ theo loại tạp chất pha vào bán dẫn tinh khiết, các bán dẫn được chia thành hai loại như sau: a) Bán dẫn loại n (bán dẫn điện tử) Si Si Si As Si Si Si e Khi pha một ít asen (As) có 5 êlectrôn hóa trị vào mạng tinh thể Silic thì sau khi liên kết với 4 nguyên tử Si, asen còn dư 1 êlectrôn liên kết rất yếu với hạt nhân và dể tách rời khỏi hạt nhân thành êlectrôn tự do tham gia vào việc dẫn điện. Do đó trong bán dẫn có tạp chất asen mật độ êlectrôn tự do rất lớn so với mật độ lỗ trống. Vậy hạt mang điện cơ bản trong bán dẫn loại n là êlectrôn tự do còn lỗ trống là hạt mang điện không cơ bản. b) Bán dẫn loại p ( bán dẫn lỗ trống) Khi pha một ít bo (B) có 3 êlectrôn hóa trị vào mang tinh thể silic thì bo còn thiếu 1 êlectrôn nữa mới tạo thành liên kết cộng hóa trị đầy đủ, nên bo dể dàng chiếm êlectrôn ở nguyên tử silic gần nhất tạo nên lỗ trống mang điện tích dương trong mạng tinh thể và tham gia vào việc dẫn điện. Do đó trong bán dẫn có tạp chất bo, mật độ lỗ trống rất lớn so với mật độ êlectrôn tự do. Vậy hạt mang điện cơ bản trong bán dẫn loại p là lỗ trống, còn êlectrôn là hạt mang điện không cơ bản. § 45. DỤNG CỤ BÁN DẪN 1. Dòng điện qua lớp tiếp xúc p - n a) Lớp tiếp xúc giữa hai loại bán dẫn p và n. + - + - p n Khi cho hai bán dẫn p và n tiếp xúc nhau thì có sự khuếch tán êlectrôn tự do từ phần bán dẫn n sang bán dẫn p và lỗ trống khuếch tán từ phần bán dẫn p sang bán dẫn n. kết quả là ở mặt phân cách giữa hai bán dẫn hình thành một lớp tiếp xúc tích điện dương về phía bán dẫn n và tích điện âm về phía bán dẫn p. Do đó trong lớp tiếp xúc có điện trường EC hưóng từ n sang p làm ngăn cản sự khuếch tán tiếp theo của các hạt mang điện cơ bản. Do có sự khuếch tán nói trên mà ở sát hai bên mặt tiếp xúc số hạt mang điện cơ bản giảm nhanh nên điện trở của lớp tiếp xúc rất lớn. b) Tính dẫn điện một chiều của lớp tiếp xúc p – n - + p n + - Khi nối bán dẫn p vào cực dương và bán dẫn n vào cực âm của nguồn điện, điện trường E do nguồn điện tạo ra hướng từ p sang n làm cho lỗ trống và êlectrôn tự do di chuyển qua lớp tiếp xúc nên có dòng điện cường độ lớn qua lớp tiếp xúc được gọi là dòng điện thuận. Bây giờ ta nối bán dẫn n vào cực dương và bán dẫn p vào cực âm của nguồn điện, điện trường E hướng từ n sang p nên hạt mang địên cơ bản không di chuyển qua lớp tiếp xúc, chỉ có hạt mang điện không cơ bản đi qua lớp tiếp xúc tạo ra dòng điện có cường độ rất nhỏ gọi là dòng điện ngược. Vậy lớp tiếp xúc p – n có tính dẫn điện chủ yếu theo một chiều từ p sang n. 2. Dụng cụ bán dẫn a) Điốt bán dẫn và trandito n p - + catốt anốt Điốt bán dẫn là dụng cụ bán dẫn có một lớp tiếp xúc p –n, do đó có tính dẫn điện ưu tiên theo một chiều từ p sang n, được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Trandito (triốt bán