Просторовий заряд

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Просторовий заряд — розподілений нескомпенсований електричний заряд одного знаку.

Просторові заряди виникають у вакуумних та газорозрядних лампах в просторі між електродами, а також в неоднорідних областях напівпровідникових приладів, і сильно впливають на проходження струму через ці області, призводячи до нелінійних вольт-амперних характеристик таких приладів.

Приклади[ред.ред. код]

Наприклад, у вакуумному діоді при протіканні струму між катодом і анодом у проміжку між ними існує певна концентрація електронів, які мають від'ємний заряд. Водночас у цій області немає додатньо заряджених іонів, а тому утворюється від'ємно заряджена електронна хмара. Ця хмара перешкоджає емісії електронів з катода.

Просторові заряди виникають також в напівпровідникових діодах в області p-n переходу. Електрони із напівпровідника n-типу в області такого переходу дифундують в напівпровідник p-типу, де рекомібінують з дірками. Аналогічно, дірки дифундують із напівпровідника p-типу в напівпровідник n-типу, де рекомбінують з електронами. Як наслідок навколо p-n переходу виникають області з недостачею електронів та області з надлишком електронів, відповідно позитивно і негативно заряджені. В області напівпровідника n-типу з недостачею електронів, додатній заряд створюється донорами, а в області p-типу з надлишком від'ємний заряд створюється акцепторами, на які електрони захоплюються.

Електричне поле в області просторового заряду[ред.ред. код]

Нескомпенсовані електричні заряди створюють навколо себе електричне поле. Тому області просторового заряду є водночас областями неоднорідного електричного поля. Така ситуація докорінно відмінна від випадку протікання електричного струму в однорідних провідниках чи напівпровідниках. При протіканні електричного струму через однорідну речовину, в кожній точці цієї речовини зберігається електрична нейтральність, а електричне поле залишається рівномірним. В області просторового заряду електричне поле неоднорідне. Зазвичай на ці області припадає основна частина падіння напруги при протіканні струму.

Обмежений просторовим зарядом струм[ред.ред. код]

Електричний струм у вакуумному діоді внаслідок неоднорідності електричного поля в області просторового заряду нелінійно залежить від напруги між електродами [1].

 j = C V^{3/2} \,,

де  j - густина струму, V - напруга, а C - коефіцієнт, який залежить від форми електродів. Для плоских електродів

 C = \frac{1}{9\pi L^2} \sqrt{\frac{2e}{m}} .

Тут L - віддаль між електродами, e - заряд електрона, m - маса електрона.

Ця залежність носить назву закону Чайльда-Ленгмюра.

Таким чином, вольт-амперна характеристика вакуумного діода суттєво нелінійна. При малих напругах між електродами просторовий заряд сильно перешкоджає проходженню струму. Збільшення напруги призводить до розтягання області просторового заряду, а тому струм зростає швидше, ніж за лінійним законом.

Джерела[ред.ред. код]

  • Сивухин Л. В. (1977). Общий курс физики. Том III. Электричество. Москва: Наука. 

Примітки[ред.ред. код]

  1. Формули на цій сторінці записані в системі СГС (СГСГ). Для перетворення в систему СІ дивись Правила переводу формул із системи СГС в систему СІ.


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.