Wykres zależności siły i energii oddziaływań jako funkcja odległości

F_r = F_A + F_R

F_A + F_R = 0

U = - ∫F(r)dr F = - dU/dr

U = U_A + U_R

Zależność energii potencjalnej oddziaływania atomów od odległości

E1 - energia potencjalna związana z przyciąganiem,

E2 - energia potencjalna wynikająca z odpychania,

E3 - energia całkowita

F - siła [N]

Wiązania jonowe -rodzaj wiązania chemicznego, którego istotą jest elektrostatyczne oddziaływanie między jonami o różnoimiennych ładunkach.Wiązanie to powstaje najczęściej między metalem a niemetalem. Największy udział tego rodzaju wiązania można zaobserwować w związkach litowców z fluorowcami.

Wiązanie kowalencyjne - rodzaj wiązania chemicznego. Istotą wiązania kowalencyjnego jest istnienie pary elektronów, które są współdzielone w porównywalnym stopniu przez oba atomy tworzące to wiązanie.

Wiązania metaliczne - ogólna nazwa dla wszelkich wiązań chemicznych występujących bezpośrednio między atomami metali.

Cechy;

ulegają one łatwiejszej polaryzacji pod wpływem np. pola elektrycznego ze względu na to, że ogólnie w metalach elektrony walencyjne są słabiej związane z jądrami atomów niż w niemetalach

nawet jeśli formalnie są wiązaniami pojedynczymi, ze względu na występowanie w metalach dużej liczby walencyjnych orbitali d zachodzi zjawisko ich nakładania się, co powoduje że wiązania te nabierają często charakteru częściowo wielokrotnego.

Atomowy model sferyczny, według Schrödingera

Modele sferyczne;

Struktury metaliczne

a) regularna centrowana ściennie

b) kubiczna ściennie centrowana

c) RCS (A₁)

regularna przestrzennie centrowana

r-promień, a-podstawa

- liczba koordynacji- liczba koordynacyjna jest wielkością, która służy do stwierdzania, czy dany kompleks jest w stanie przyjąć jeszcze jakieś dodatkowe ligandy, czy też jego sfera koordynacyjna jest już całkowicie zapełniona. Współcześnie jednak, ze względu na trudności w ustalaniu tej liczby dla wielu złożonych związków kompleksowych, odchodzi się od tego pojęcia na rzecz dokładnego obliczania liczby elektronów tworzących układ wiązań danego związku.

- współczynnik upakowania atomowego

Stosunek objętości zajętej przez atomy zawarte

w komórce elementarnej do jej objętości.

Vs-Vatomów,Vc-Vkomórki

W_up= 0,74-gęstość upakowania

- kubiczna wewnętrznie centrowana - RPC (A₂)

1. reprezentacja w modelu sferycznym

2. zredukowany model sferyczny

3. agregat wielu atomów

W_up= 0,68

Dyfuzja ; proces polegający na dyfuzji atomów danego pierwiastka w materiale zbudowanym z tego samego pierwiastka. Dyfuzja własna jest podstawowym procesem dyfuzyjnym odbywającym się w ciałach stałych.

gdzie:

N - przedeksponencjalny współczynnik dyfuzji [m2/s]

ΔH / Q - entalpia aktywacji/energia aktywacji dyfuzji [J]

kB - stała Boltzmanna [J/K]

T - temperatura bezwzględna [K]

Dyskolacja krawędziowa(Burgersa) - Powstaje przez wprowadzenie w kryształ dodatkowej płaszczyzny. Cechą charakterystyczną dyslokacji jest duże odkształcenie sieci, co jest spowodowane dążeniem atomów sąsiadujących z linią dyslokacji do dostosowania swych położeń do warunków wytworzonych przez brak płaszczyzny. W krysztale idealnym do zamknięcia konturu potrzeba szesnastu wektorów, a w krysztale z dyslokacją siedemnastu. Właśnie ten 17. wektor nosi nazwę wektora Burgersa i jest miarą wielkości dyslokacji.

Zależność ciepła właściwego od temperatury dla metali - cały zakres temperatur i niskie temperatury

-

Temperaturę Debye'a charakteryzuje się jako;

h-stała Plancka

k-stała Boltzmana

Vd-charakterystyczna maksymalna dla danego ciała częstość drgań

Długość pręta w funkcji temperatury;

l = l₀(1+ α∆T)

l = l₀+ l₀ α∆T)

l - l₀ = l₀ α∆T)

∆l = l₀ α∆T

α = ∆l/l₀∆T

l = l₀(1+ α∆T α-współczynnik rozszerzalności liniowej

y=2
-współczynnik rozszerzalności powierzchniowej

=3
-współczynnik rozszerzalności objętościowej

Struktura pasmowa - metale, półprzewodniki, półprzewodniki domieszkowane.

υ_ef ≈ 1,6·10⁶ m/s.

Pole elektryczne nadaje ładunkom przyśpieszenie a zgodnie ze wzorem;

F=eE

Prędkość unoszenia;

Średnia prędkość nosi nazwę prędkości unoszenia
;

υ_d ≈ 10^-13 υ_ef

Ruchliwość elektronów;

-średni czas pomiędzy zderzeniami

-Średnia prędkość/prędkości unoszenia

Gęstość stanów jest funkcją opisującą w mechanice kwantowej na ile sposobów cząstka może posiadać daną energię. Iloczyn opisuje liczbę stanów energetycznych w przedziale (E, E+dE);

-nazywamy gęstością stanów dla energii E

Funkcja rozkładu energii Fermiego-Diraca;

f(E)-funkcja rozkładu Fermiego

Gęstość stanów obsadzonych N(E) wyznaczamy jako iloczyn gęstości stanów g(E) i prawdopodobieństwa obsadzenia tych stanów f(E);

N(E) = g(E)∙f(E) b)

Wykresy tych funkcji

a)

a) funkcja rozkładu Fermiego, Linia ciągła odpowiada temperaturze 0K,
krzywe przerywane odpowiadają temperaturom 0.1 i 0. 25

b) funkcja obsadzenia stanów trójwymiarowego gazu Fermiego dla temperatury 0K i 0.25
. Na rysunku zaznaczono również gęstość stanów. Widać, że potencjał chemiczny dla temperatury wyższej niż 0K ma wartość mniejszą niż E_F

-energia aktywacji

Półprzewodniki;

Substancje zachowujące się w pewnych warunkach jak dielektryk, a w innych jak przewodnik. Typowymi półprzewodnikami są: krzem, german, arsenek galu lub antymonek galu. Półprzewodniki mają małą szerokość pasma wzbronionego (teoria pasmowa). Ze względu na typ przewodnictwa wyróżnia się półprzewodniki typu n - inaczej nadmiarowe oraz typu p - inaczej niedomiarowe

Półprzewodnik samoistny - półprzewodnik, którego materiał jest idealnie czysty, bez żadnych zanieczyszczeń struktury krystalicznej. Koncentracja wolnych elektronów w półprzewodniku samoistnym jest równa koncentracji dziur.

Opór elektryczny Półprzewodników maleje wraz ze wzrostem temperatury. Doświadczalnie znalezione zależności oporu R i przewodnictwa właściwego półprzewodników opisują wzroy;

-energia aktywacji
Wyznaczanie energii aktywacji i Eg

Pomiar przewodnictwa w funkcji temperatury;

Półprzewodniki domieszkowe (niesamoistne) są materiałami, do których zostały wprowadzone atomy pierwiastków, różniących się wartościowością od atomów budujących półprzewodnik samoistny.

Fotoprzewodnictwo - zmiana przewodnictwa elektrycznego materiału pod wpływem promieniowania świetlnego. Ma ono miejsce gdy energia fotonów promieniowania świetlnego padającego na półprzewodnik jest większa niż szerokość pasma zabronionego następuje przechodzenie elektronów do pasma przewodnictwa i zwiększenie się konduktywności półprzewodnika

-wartość przerwy energetycznej

Złączem p-n nazywane jest złącze dwóch półprzewodników niesamoistnych o różnych typach przewodnictwa: p i n.

W obszarze typu n (negative) nośnikami większościowymi są elektrony (ujemne). Atomy domieszek (donory) pozostają unieruchomione w siatce krystalicznej. Analogicznie w obszarze typu p (positive) nośnikami większościowymi są dziury o ładunku elektrycznym dodatnim. Atomy domieszek są tu akceptorami. W półprzewodnikach obu typów występują także nośniki mniejszościowe przeciwnego znaku niż większościowe; koncentracja nośników mniejszościowych jest dużo mniejsza niż większościowych. Obszar o mniejszej koncentracji domieszek znajdujący się pomiędzy kontaktem złącza a warstwą zubożoną nazywany jest bazą.

Dioda półprzewodnikowa - rodzaj diody wykonanej z materiałów półprzewodnikowych i zawierającej złącze prostujące. Zbudowana jest z dwóch warstw półprzewodnika, odmiennie domieszkowanych - typu n i typu p, tworzących razem złącze p-n, lub z połączenia półprzewodnika z odpowiednim metalem - dioda Schottky'ego.

Jest elementem dwukońcówkowym, przy czym końcówka dołączona do obszaru n nazywa się katodą, a do obszaru p - anodą. Element ten charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem prądu - od anody do katody, w drugą stronę prąd nie płynie (zawór elektryczny).

Tranzystor - trójelektrodowy (rzadko czteroelektrodowy) półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa urządzenia wywodzi się od słów transkonduktancja (transconductance) z "półprzewodnikowym" przyrostkiem -stor jak w warystor (varistor)

Ferromagnetyki;

Krzywa pierwotna magnesowania (H_n - natężenie nasycenia, B_n - indukcja nasycenia)

<=

Pętla histerezy otrzymana dla wielokrotnego przemagnesowania od -H_n do +H_n i z powrotem

=>

μo-przenikalność magnetyczna magnetyczna próżni

B-natężenie pola

H-indukcja magnetyczna

B_o = μ_oH

B = B_o + μ_oM = μ_oH + μ_oM = μ_o(H + M) = μ_oμ_rH

B = B_o + μ_oM

B = μ_oH + μ_oM

μ = μ_rμ_o

B = μH= μ_rμ_oH

W fizyce ferromagnetyk - ciało, które wykazuje własności ferromagnetyczne. Znajdują się w nim obszary stałego namagnesowania (tzw. domeny magnetyczne), wytwarzające wokół siebie pole magnetyczne (jak małe magnesy). Do ferromagnetyków należą m.in. żelazo, kobalt, nikiel i niektóre stopy oraz metale przejściowe z grupy żelaza i metale ziem rzadkich.

Zastosowanie materiałów ferromagnetycznych.

Magnetyki twarde stosuje się wszędzie tam, gdzie wymagane jest silne stałe pole lub indukcja magnetyczna. Do najprostszych zastosowań należą wykorzystania siły mechanicznego przyciągania ozdobnych magnesów na chłodziarkach lub zapięć w damskich torebkach.Wykorzystuje się je również w silnikach lub generatorach synchronicznych (szczególnie w elektrowniach wiatrowych) oraz w siłownikach elektromagnetycznych lub czujnikach.

1

---