ÿþZ . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
W y k Ba d 3 7
3 7 . M a t e r i a s k o n d e n s o w a n a
3 7 . 1 W s t p
K i e d y p i e r w i a s t e k l u b z w i z e k c h e m i c z n y , b d c y w s t a n i e g a z o w y m l u b c i e k By m , z o -
s t a n i e d o s t a t e c z n i e o c h Bo d z o n y t o k o n d e n s u j e c z y l i p r z e c h o d z i d o s t a n u s t a Be g o .
W i k s z o [ z w i z k ó w m a s t r u k t u r k r y s t a -
l i c z n . A t o m y u Bo \o n e s w p o w t a r z a j c y
s i r e g u l a r n y w z ó r z w a n y s i e c i k r y s t a -
l i c z n . N p . z i a r n a s o l i k u c h e n n e j t w o r z
s z e [c i a n y o p a r t e n a p o w t a r z a j c y m s i
e l e m e n t a r n y m s z e [c i a n i e p o k a z a n y m n a
r y s u n k u o b o k . P o z y c j e a t o m ó w N a i C l s
z a z n a c z o n e o d p o w i e d n i o m a By m i i d u \y m i
k u l a m i .
W i e l e c i a B s t a By c h n i e p r z y p o m i n a k r y s z t a -
Bó w a l e j e s t z b u d o w a n a z b a r d z o w i e l u m a -
l u t k i c h k r y s z t a Bk ó w ; m ó w i m y , \e m a j
s t r u k t u r p o l i k r y s t a l i c z n . W r e s z c i e w p r z y r o d z i e w y s t p u j c i a Ba n i e k r y s t a l i c z n e t z n .
t a k i e , w k t ó r y c h u p o r z d k o w a n i e a t o m o w e n i e r o z c i g a s i n a d u \e o d l e g Bo [c i .
W d a l s z e j c z [c i w y k Ba d u z a j m i e m y s i t y l k o c i a Ba m i k r y s t a l i c z n y m i .
K l a s y f i k a c j e t a k i c h c i a B p r o w a d z i s i w e d Bu g d o m i n u j c e g o r o d z a j u w i z a n i a .
3 7 . 2 R o d z a j e k r y s z t a Bó w ( r o d z a j e w i z a D)
Z e w z g l d u n a t y p y w i z a D k r y s z t a By d z i e l i m y n a :
" K r y s z t a By c z s t e c z k o w e ( m o l e k u l a r n e ) ;
" K r y s z t a By o w i z a n i a c h w o d o r o w y c h ;
" K r y s z t a By j o n o w e ;
" K r y s z t a By a t o m o w e ( k o w a l e n t n e ) ;
" K r y s z t a By m e t a l i c z n e .
3 7 . 2 . 1 K r y s z t a By c z s t e c z k o w e
S k Ba d a j s i z e s t a b i l n y c h c z s t e c z e k , k t ó r e z a c h o w u j w i e l e s w o i c h c e c h i n d y w i d u -
a l n y c h n a w e t p r z y z b l i \a n i u i c h d o s i e b i e .
" S i By w i \c e c z s t e c z k i s s Ba b y m p r z y c i g a n i e m v a n d e r W a a l s a , t a k i m j a k i e i s t n i e -
j e p o m i d z y c z s t e c z k a m i w f a z i e g a z o w e j . F i z y c z n y m m e c h a n i z m e m o d p o w i e -
d z i a l n y m z a t o p r z y c i g a n i e j e s t o d d z i a By w a n i e p o m i d z y d i p o l a m i e l e k t r y c z n y m i
( c z s t e c z k i z a c h o w u j s i j a k d i p o l e e l e k t r y c z n e ) .
" C i a Ba c z s t e c z k o w e t w o r z y w i e l e z w i z k ó w o r g a n i c z n y c h a w s t a n i e s t a By m g a z y
s z l a c h e t n e i z w y k Be g a z y , t a k i e j a k t l e n , a z o t , w o d ó r .
3 7 - 1
Z . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
" E n e r g i a w i z a n i a j e s t s Ba b a - r z d u 1 0 - 2 e V t j . 1 0 - 2 1 J .
D l a p o r ó w n a n i a e n e r g i a t e r m i c z n a c z s t e c z k i ( w p By w a j c a n a r o z e r w a n i e w i z a n i a )
3
w t e m p e r a t u r z e p o k o j o w e j ( 3 0 0 K ) w y n o s i k B T H" 6 Å"1 0 - 2 1 J .
2
W i d a , \e z e s t a l e n i e m o \e m i e m i e j s c e d o p i e r o w n i s k i c h i b a r d z o n i s k i c h t e m p e r a -
t u r a c h , g d z i e e f e k t y r o z r y w a j c e w i z a n i e , w y n i k a j c e z r u c h u t e r m i c z n e g o , s b a r -
d z o m a Be . N p . t e m p e r a t u r a t o p n i e n i a s t a Be g o w o d o r u w y n o s i 1 4 K ( t j . - 2 5 9 ° C ) .
" T e k r y s z t a By s p o d a t n e n a o d k s z t a Bc e n i a ( s Ba b e w i z a n i e ) o r a z z e w z g l d u n a b r a k
e l e k t r o n ó w s w o b o d n y c h s b a r d z o z By m i p r z e w o d n i k a m i c i e p Ba i e l e k t r y c z n o [c i .
3 7 . 2 . 2 K r y s z t a By o w i z a n i a c h w o d o r o w y c h
W p e w n y c h w a r u n k a c h a t o m y w o d o r u m o g t w o r z y s i l n e w i z a n i a z a t o m a m i
p i e r w i a s t k ó w e l e k t r o u j e m n y c h t a k i c h j a k n p . t l e n c z y a z o t . T e w i z a n i a z w a n e w o d o r o -
w y m i o d g r y w a j w a \n r o l m i n . w k r y s z t a Ba c h f e r r o e l e k t r y c z n y c h i w c z s t e c z k a c h
k w a s u D N A ( d e z o k s y r y b o n u k l e i n o w e g o ) .
3 7 . 2 . 3 K r y s z t a By j o n o w e
N p . c h l o r e k s o d u . T a k i e k r y s z t a By s k Ba d a j s i z t r ó j w y m i a r o w e g o n a p r z e m i e n n e g o
u Bo \e n i a d o d a t n i c h i u j e m n y c h j o n ó w , o e n e r g i i n i \s z e j n i \ e n e r g i a o d o s o b n i o n e g o j o n u .
" E n e r g i a w i z a n i a w y n i k a z w y p a d k o w e g o p r z y c i g a n i a e l e k t r o s t a t y c z n e g o . T a e n e r -
g i a j e s t w i k s z a o d e n e r g i i z u \y t e j n a p r z e n i e s i e n i e e l e k t r o n ó w ( u t w o r z e n i e j o n ó w ) .
W i z a n i e j o n o w e n i e m a w y r ó \n i o n e g o k i e r u n k u ( s f e r y c z n i e s y m e t r y c z n e z a m k n i t e
p o w Bo k i ) . J o n y s u Bo \o n e j a k g s t o u p a k o w a n e k u l k i .
" N i e m a s w o b o d n y c h e l e k t r o n ó w ( k t ó r e m o g By b y p r z e n o s i Ba d u n e k l u b e n e r g i ) w i c
k r y s z t a By j o n o w e s z By m i p r z e w o d n i k a m i e l e k t r y c z n o [c i i c i e p Ba .
" Z e w z g l d u n a d u \e s i By w i \c e k r y s z t a By j o n o w e s z a z w y c z a j t w a r d e i m a j w y -
s o k t e m p e r a t u r t o p n i e n i a .
3 7 . 2 . 4 K r y s z t a By a t o m o w e ( k o w a l e n t n e )
N p . G e r m a n , K r z e m . S k Ba d a j s i z a t o m ó w p o Bc z o n y c h z e s o b p a r a m i w s p ó l n y c h
e l e k t r o n ó w w a l e n c y j n y c h .
" W i z a n i a m a j k i e r u n e k i w y z n a c z a j u Bo \e n i e a t o m ó w w s t r u k t u r z e k r y s t a l i c z n e j .
" S n i e p o d a t n e n a o d k s z t a Bc e n i a i p o s i a d a j w y s o k t e m p e r a t u r t o p n i e n i a .
" B r a k e l e k t r o n ó w s w o b o d n y c h , w i c c i a Ba a t o m o w e n i e s d o b r y m i p r z e w o d n i k a m i
e l e k t r y c z n o [c i i c i e p Ba . C z a s a m i j a k w p r z y p a d k u w y m i e n i o n y c h G e o r a z S i s o n e
p ó Bp r z e w o d n i k a m i .
3 7 . 2 . 5 C i a Ba m e t a l i c z n e
W i z a n i e m e t a l i c z n e m o \n a s o b i e w y o b r a z i j a k o g r a n i c z n y p r z y p a d e k w i z a n i a
k o w a l e n t n e g o , w k t ó r y m e l e k t r o n y w a l e n c y j n e s w s p ó l n e d l a w s z y s t k i c h j o n ó w w
k r y s z t a l e a n i e t y l k o d l a j o n ó w s s i e d n i c h .
" G d y w a t o m a c h , z k t ó r y c h j e s t z b u d o w a n y k r y s z t a B, e l e k t r o n y n a z e w n t r z n y c h p o -
w Bo k a c h s s Ba b o z w i z a n e t o m o g o n e z o s t a u w o l n i o n e z t y c h a t o m ó w k o s z t e m
e n e r g i i w i z a n i a ( b a r d z o m a Be j ) .
3 7 - 2
Z . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
" E l e k t r o n y t e p o r u s z a j s i w c a By m k r y s z t a l e ; s w i c w s p ó l n e d l a w s z y s t k i c h j o n ó w .
M ó w i m y , \e t e e l e k t r o n y t w o r z g a z e l e k t r o n o w y w y p e Bn i a j c y p r z e s t r z e D p o m i d z y
d o d a t n i m i j o n a m i .
G a z e l e k t r o n o w y d z i a Ba n a k a \d y j o n s i B p r z y c i g a n i a w i k s z o d o d p y c h a n i a p o z o -
s t a By c h j o n ó w - s t d w i z a n i e .
W p r a w d z i e w t y c h a t o m a c h n a z e w n t r z n y c h p o d p o w Bo k a c h s w o l n e m i e j s c a a l e
j e s t z a m a Bo e l e k t r o n ó w w a l e n c y j n y c h ( n a a t o m ) a b y u t w o r z y w i z a n i e k o w a l e n t n e .
" P o n i e w a \ i s t n i e j e w i e l e n i e o b s a d z o n y c h s t a n ó w e l e k t r o n o w y c h ( n a z e w n t r z n y c h
p o d p o w Bo k a c h s w o l n e m i e j s c a ) t o e l e k t r o n y m o g p o r u s z a s i s w o b o d n i e w k r y s z -
t a l e o d a t o m u d o a t o m u - s w s p ó l n e d l a c a Be g o k r y s z t a Bu .
" K r y s z t a By m e t a l i c z n e s d o s k o n a By m i p r z e w o d n i k a m i e l e k t r y c z n o [c i i c i e p Ba .
W s z y s t k i e m e t a l e a l k a l i c z n e t w o r z k r y s z t a By m e t a l i c z n e .
W p o d s u m o w a n i u n a l e \y z a z n a c z y , \e i s t n i e j k r y s z t a By , w k t ó r y c h w i z a n i a m u s z
b y i n t e r p r e t o w a n e j a k o m i e s z a n i n a o p i s a n y c h p o w y \e j g Bó w n y c h t y p ó w w i z a D.
T y p w i z a n i a w p o s z c z e g ó l n y c h k r y s z t a Ba c h w y z n a c z a s i d o [w i a d c z a l n i e p r z e z b a d a -
n i e : d y f r a k c j i p r o m i e n i X , w Ba s n o [c i d i e l e k t r y c z n y c h , w i d m o p t y c z n y c h i t p . .
3 7 . 3 P a s m a e n e r g e t y c z n e
W o d r ó \n i e n i u o d a t o m ó w ( i c z s t e c z e k ) g d z i e r u c h e l e k t r o n ó w j e s t o g r a n i c z o n y d o
m a Be g o o b s z a r u p r z e s t r z e n i , w c i a Ba c h s t a By c h e l e k t r o n y w a l e n c y j n e m o g s i p o r u s z a
w c a Be j o b j t o [c i c i a Ba p r z e c h o d z c o d a t o m u d o a t o m u .
R u c h e l e k t r o n ó w w k r y s z t a Ba c h j e s t w i c c z y m [ p o [r e d n i m p o m i d z y r u c h e m w e -
w n t r z a t o m o w y m a r u c h e m s w o b o d n y c h e l e k t r o n ó w w p r ó \n i .
" E n e r g i a e l e k t r o n u w a t o m i e m o \e p r z y j m o w a t y l k o o k r e [l o n e w a r t o [c i t w o r z c
z b i ó r d y s k r e t n y c h p o z i o m ó w e n e r g e t y c z n y c h .
" E l e k t r o n s w o b o d n y m o \e p o r u s z a s i z d o w o l n e n e r g i , m a m y w i c d o c z y n i e n i a
z c i g By m p r z e d z i a Be m e n e r g i i o d z e r a d o n i e s k o Dc z o n o [c i .
W k r y s z t a Ba c h m a m y s y t u a c j e p o [r e d n i . G d y d u \a l i c z b a a t o m ó w j e s t z b l i \a n a d o s i e -
b i e n a s t p u j e p o s z e r z e n i e a t o m o w y c h p o z i o m ó w e n e r g e t y c z n y c h t w o r z s i t z w . p a s m a
e n e r g e t y c z n e t a k j a k p o k a z a n o n a r y s u n k u p o n i \e j .
r 0 - o d l e g Bo [ m i d z y a t o m o w a w k r y s z t a l e .
r 0
r
3 7 - 3
E n e r g i a e l e k t r o n u
Z . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
S i l n i e z w i z a n e e l e k t r o n y w e w n t r z n e w a t o m i e p o z o s t a j z l o k a l i z o w a n e w a t o m a c h .
E l e k t r o n o m t y m o d p o w i a d a j n a j n i \s z e d y s k r e t n e ( a t o m o w e ) p o z i o m y e n e r g i i .
E n e r g i e e l e k t r o n ó w w a l e n c y j n y c h u k Ba d a j s i w p r z e d z i a By - p a s m a . P a s m a s t y m
s z e r s z e i m s Ba b s z a w i z e l e k t r o n ó w z j d r a m i a t o m o w y m i ( c z y l i i m b a r d z i e j p r z y p o m i -
n a j e l e k t r o n y s w o b o d n e ) .
P a s m a e n e r g e t y c z n e s o d d z i e l o n e o b s z a r a m i w z b r o n i o n y m i c z y l i p r z e d z i a Ba m i e n e r g i i
n i e d o s t p n y c h d l a e l e k t r o n ó w .
P a s m o w a s t r u k t u r a w i d m a e n e r g e t y c z n e g o e l e k t r o n ó w p o z w o l i Ba w y j a [n i w i e l e p o d -
s t a w o w y c h w Ba [c i w o [c i c i a B s t a By c h .
P r z e d e w s z y s t k i m p o z w o l i Ba w y t Bu m a c z y d l a c z e g o , m i m o \e o d l e g Bo [c i m i d z y a t o -
m o w e i e n e r g i e o d d z i a By w a D w m e t a l a c h , p ó Bp r z e w o d n i k a c h i d i e l e k t r y k a c h s t e g o s a -
m e g o r z d u t o o p o r n o [ e l e k t r y c z n a t y c h s u b s t a n c j i r ó \n i s i o 2 5 r z d ó w w i e l k o [c i : o d
o k o Bo 1 0 - 6 w m e t a l a c h d o 1 0 1 9 &!c m w d i e l e k t r y k a c h .
" J e \e l i p a s m o j e s t p u s t e t o n i e m o \e w n o s i w k Ba d u d o p r z e w o d n i c t w a ( n i e m a e l e k -
t r o n ó w o e n e r g i a c h w t a k i m p r z e d z i a l e ) .
" T a k \e p a s m o c a Bk o w i c i e z a p e Bn i o n e n i e b i e r z e u d z i a Bu w p r z e w o d n i c t w i e . J e \e l i
p r z y k Ba d a m y n a p i c i e ( a b y p o p By n B p r d ) t o w p o l u e l e k t r y c z n y m e l e k t r o n y b d
p r z y s p i e s z a n e , a t o o z n a c z a w z r o s t i c h e n e r g i i . A l e t e n p r o c e s j e s t n i e m o \l i w y b o n i e
m a w o l n y c h ( n i e o b s a d z o n y c h ) e n e r g i i w p a [m i e .
" T a k i c h r u c h e l e k t r o n ó w j e s t m o \l i w y d o p i e r o w p a [m i e c z [c i o w o w y p e Bn i o n y m
c z y l i t a k i m , w k t ó r y m s n i e o b s a d z o n e s t a n y e n e r g e t y c z n e .
S u b s t a n c j e o c z [c i o w o w y p e Bn i o n y c h p a s m a c h s w i c m e t a l a m i a s u b s t a n c j e , w k t ó -
r y c h w y s t p u j t y l k o c a Bk o w i c i e z a p e Bn i o n e l u b p u s t e s t a n y e n e r g e t y c z n e s d i e l e k t r y -
k a m i l u b p ó Bp r z e w o d n i k a m i ( r y s u n e k ) .
C a Bk o w i c i e z a p e Bn i o n e p a s m a w k r y s z t a Ba c h n a z y w a m y p a s m a m i w a l e n c y j n y m i , a c z -
[c i o w o z a p e Bn i o n e ( l u b p u s t e ) p a s m a m i p r z e w o d n i c t w a .
J e \e l i s z e r o k o [ o b s z a r u o d d z i e l a j c e g o n a j w y \s z e p a s m o w a l e n c y j n e o d p a s m a p r z e -
w o d n i c t w a ( t z w . p r z e r w a e n e r g e t y c z n a l u b p a s m o w z b r o n i o n e ) j e s t d u \a t o m a t e r i a B t e n
j e s t d i e l e k t r y k i e m w e w s z y s t k i c h t e m p e r a t u r a c h ( a \ d o t e m p e r a t u r y t o p n i e n i a ) .
J e \e l i j e d n a k p r z e r w a j e s t d o s t a t e c z n i e w s k a t o w o d p o w i e d n i e j t e m p e r a t u r z e d z i k i
e n e r g i i c i e p l n e j c z [ e l e k t r o n ó w m o \e z o s t a p r z e n i e s i o n a d o p u s t e g o p a s m a . K r y s z t a B,
k t ó r y w T = 0 K b y B i z o l a t o r e m t e r a z b d z i e p r z e w o d z i B a j e g o p r z e w o d n o [ s z y b k o r o -
[n i e ( o p ó r s p a d a ) w r a z z t e m p e r a t u r . J e \e l i p r z e r w a j e s t m n i e j s z a n i \ 1 e V t o p r z e w o d -
n i c t w o s t a j e s i w y r a zn e j u \ w t e m p e r a t u r z e p o k o j o w e j .
S u b s t a n c j e z t a k p r z e r w n a z y w a m y p ó Bp r z e w o d n i k a m i .
3 7 - 4
Z . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
3 7 . 4 F i z y k a p ó Bp r z e w o d n i k ó w
W t y m p u n k c i e p r z e d s t a w i o n e z o s t a n p o d s t a w o w e w Ba [c i w o [c i p ó Bp r z e w o d n i k ó w
o r a z i c h z a s t o s o w a n i a .
M a t e r i a By t e z r e w o l u c j o n i z o w a By e l e k t r o n i k i w s p ó Bc z e s n t e c h n o l o g i d l a t e g o z o s t a By
w y b r a n e d o o m ó w i e n i a .
G d y e l e k t r o n z n a j d u j c y s i w p a [m i e w a l e n c y j n y m n p . G e z o s t a n i e w z b u d z o n y t e r -
m i c z n i e , w ó w c z a s p o w s t a j e w t y m p a [m i e m i e j s c e w o l n e , a z o s t a j e z a p e Bn i o n y s t a n w
p a [m i e p r z e w o d n i c t w a . P u s t y s t a n w p a [m i e w a l e n c y j n y m n a z y w a n y j e s t d z i u r . N a
r y s u n k u z a z n a c z o n o s y m b o l i c z n i e t s y t u a c j .
w i z a n i e
( e l e k t r o n y
w a l e n c y j n e )
e l e k t r o n
G e
G e
p r z e w o d n i c t w a
E p r z e r w
G e
G e
G e
d z i u r a
G e
G e
e l e k t r o n
d z i u r a
p r z e w o d n i c t w a
W o b e c n o [c i z e w n t r z n e g o p o l a e l e k t r y c z n e g o i n n y e l e k t r o n w a l e n c y j n y , s s i a d u j c y z
d z i u r m o \e z a j j e j m i e j s c e , p o z o s t a w i a j c p o s o b i e n o w d z i u r , k t ó r a z o s t a n i e z a -
p e Bn i o n a p r z e z k o l e j n y e l e k t r o n i t d . Z a t e m d z i u r a p r z e m i e s z c z a s i w k i e r u n k u p r z e c i w -
n y m n i \ e l e k t r o n i z a c h o w u j e j a k n o [n i k Ba d u n k u d o d a t n i e g o ( d o d a t n i e l e k t r o n ) .
L i c z b a d z i u r j e s t r ó w n a l i c z b i e e l e k t r o n ó w p r z e w o d n i c t w a . T a k i e p ó Bp r z e w o d n i k i n a -
z y w a m y s a m o i s t n y m i .
3 7 . 4 . 1 D o m i e s z k o w a n i e p ó Bp r z e w o d n i k ó w
J e \e l i w t r a k c i e w z r o s t u k r y s z t a Bó w d o r o z t o p i o n e g o g e r m a n u d o d a m y n i e w i e l k
i l o [ a r s e n u ( g r u p a 5 u k Ba d u o k r e s o w e g o ) t o a r s e n w b u d o w a B s i w s t r u k t u r g e r m a n u
w y k o r z y s t u j c c z t e r y s p o [r ó d p i c i u e l e k t r o n ó w w a l e n c y j n y c h . P o z o s t a By e l e k t r o n n i e
b i e r z e u d z i a Bu w w i z a n i u i Ba t w o s t a j e s i e l e k t r o n e m p r z e w o d n i c t w a . D z i k i t e m u w
p a [m i e p r z e w o d n i c t w a j e s t p r a w i e t y l e e l e k t r o n ó w i l e a t o m ó w a r s e n u ( d o m i e s z k i ) . Z a -
z w y c z a j l i c z b a t a j e s t w i k s z a n i \ l i c z b a e l e k t r o n ó w w z b u d z o n y c h t e r m i c z n i e z p a s m a
w a l e n c y j n e g o . T a k i p ó Bp r z e w o d n i k n a z y w a n y j e s t p ó Bp r z e w o d n i k i e m t y p u n ( n e g a t i v e ) .
G e r m a n m o \n a t e \ d o m i e s z k o w a g a l e m ( g r u p a 3 u k Ba d u o k r e s o w e g o ) . W t a k i m p r z y -
p a d k u a t o m g a l u b d z i e m i a B t e n d e n c j d o w y c h w y t y w a n i a e l e k t r o n u z s s i e d n i e g o a t o -
m u g e r m a n u a b y u z u p e Bn i c z t e r y w i z a n i a k o w a l e n c y j n e . Z a t e m a t o m g a l u w p r o w a d z a
d z i u r i m a m y p ó Bp r z e w o d n i k t y p u p ( p o s i t i v e ) .
3 7 - 5
Z . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
3 7 . 5 Z a s t o s o w a n i a p ó Bp r z e w o d n i k ó w
3 7 . 5 . 1 T e r m i s t o r
W m i a r w z r o s t u t e m p e r a t u r y o b s e r w u j e m y s z y b k i w z r o s t p r z e w o d n o [c i ( s p a d e k
o p o r u ) p ó Bp r z e w o d n i k ó w . N p . p r z e w o d n o [ c z y s t e g o k r z e m u z w i k s z a s i a \ d w u k r o t -
n i e p r z y w z r o [c i e t e m p e r a t u r y o d 0 ° C d o 1 0 ° C . D l a t e g o c z y s t y k r z e m m o \e b y s t o -
s o w a n y w c z u By c h m i e r n i k a c h t e m p e r a t u r y . T a k i p r z y r z d ( w y k o n a n y z c z y s t e g o p ó B-
p r z e w o d n i k a ) j e s t n a z y w a n y t e r m i s t o r e m .
3 7 . 5 . 2 Z Bc z e p - n
J e \e l i p ó Bp r z e w o d n i k t y p u n i p ó Bp r z e w o d n i k t y p u p z o s t a n z e s o b z e t k n i t e t o
c z [ e l e k t r o n ó w z o b s z a r u t y p u n b d z i e p r z e p By w a Ba d o o b s z a r u t y p u p , a d z i u r y b d
p r z e p By w a By z o b s z a r u t y p u p d o o b s z a r u t y p u n .
W w y n i k u t e g o o b s z a r p n a Ba d u j e s i u j e m -
n i e ( d o d a t k o w y m i e l e k t r o n a m i ) a o b s z a r
V
T y p n
t y p u n d o d a t n i o . P o w s t a j e k o n t a k t o w a r ó \-
T y p p
n i c a p o t e n c j a Bó w p o k a z a n a n a r y s u n k u
o b o k .
V 0
J e \e l i d o t a k i e g o z Bc z a p - n p r z y Bo \y m y
z e w n t r z n y p o t e n c j a B t o w i e l k o [ p r d u
p By n c e g o p r z e z z Bc z e z a l e \y o d k i e r u n k u i
w a r t o [c i t e g o n a p i c i a t a k j a k p o k a z a n o n a
X
w y k r e s i e p o n i \e j .
D l a d o d a t n i e g o n a p i c i a p r d j e s t z a z w y c z a j w i e l o k r o t n i e w i k s z y o d I 0 p o d c z a s g d y d l a
u j e m n e g o n a p i c i a ( n a p i c i e z a p o r o w e ) m a k s y m a l n a w a r t o [ p r d u w y n o s i I 0 . T o u r z -
d z e n i e j e s t n a z y w a n e d i o d p - n . J e d n y m z j e g o z a s t o s o w a D s d e t e k t o r y r a d i o o d b i o r n i -
k ó w o m o d u l a c j i a m p l i t u d o w e j .
I
I 0
V
3 7 - 6
Z . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
3 7 . 5 . 3 B a t e r i e s Bo n e c z n e
J e \e l i o [w i e t l i m y o b s z a r p r z e j [c i o w y z Bc z a p - n t o e l e k t r o n y z p a s m a w a l e n c y j n e g o
z o s t a n w z b u d z o n e d o p a s m a p r z e w o d n i c t w a ( t a k s a m o j a k e n e r g i c i e p l n ) . K a \d y p o -
c h Bo n i t y f o t o n k r e u j e p a r e l e k t r o n - d z i u r a .
P o w s t a Be d z i u r y s w c i g a n e d o o b s z a r u p , a e l e k t r o n y d o o b s z a r u n . J e \e l i m a m y z a -
m k n i t y o b w ó d t o p By n i e w n i m p r d .
W t e n s p o s ó b m o \n a z a m i e n i [w i a t Bo b e z p o [r e d n i o n a e n e r g i e l e k t r y c z n .
3 7 . 5 . 4 F o t o d i o d y
G d y d o b a t e r i i s Bo n e c z n e j p r z y Bo \y m y n a p i c i e z a p o r o w e t o p r d I 0 w z r o [n i e w i e l o -
k r o t n i e d z i k i d o d a t k o w y m n o [n i k o m w y t w o r z o n y m p r z e z p a d a j c e [w i a t Bo .
F o t o p r d j e s t p r o p o r c j o n a l n y d o s z y b k o [c i p a d a n i a f o t o n ó w . U r z d z e n i e j e s t b a r d z o
c z u Be i z n a l a z Bo z a s t o s o w a n i e n p . j a k o d e t e k t o r z m i a n n a t \e n i a [w i a t Ba .
3 7 . 5 . 5 D i o d y [w i e c c e
D i o d y [w i e c c e s z a s i l a n e n a p i c i e m w k i e r u n k u p r z e w o d z e n i a n a t y l e d u \y m , \e
p r z y s p i e s z a n e e l e k t r o n y w t r a k c i e z d e r z e D w y t w a r z a j p a r y e l e k t r o n - d z i u r a . T y m p r o -
c e s o m t w o r z e n i a p a r e l e k t r o n - d z i u r a t o w a r z y s z p r o c e s y o d w r o t n e ( t z w . r e k o m b i n a -
c j a ) , w k t ó r y c h e l e k t r o n y m o g p o n o w n i e o b s a d z i d z i u r . K a \d e m u a k t o w i r e k o m b i n a -
c j i t o w a r z y s z y e m i s j a f o t o n u o e n e r g i i h v H" E p r z e r w . T a k w i c c z s t o t l i w o [ ( b a r w a ) e m i -
t o w a n e g o [w i a t Ba z a l e \y o d p r z e r w y e n e r g e t y c z n e j , k t ó r a j e s t c h a r a k t e r y s t y c z n a d l a d a -
n e g o m a t e r i a Bu p ó Bp r z e w o d n i k o w e g o .
3 7 . 5 . 6 T r a n z y s t o r
S c h e m a t t r a n z y s t o r a p n p j e s t p o k a z a n y n a r y s u n k u p o n i \e j .
V
V k
V b
V b I b e
V 0
b a z a
e m i t e r
I k e
V k
n
p
p
k o l e k t o r p p
n
d i o d a
M o \n a s o b i e w y o b r a z i , \e t r a n z y s t o r j e s t d i o d , d o k t ó r e j d o Bc z o n o d o d a t k o w y o b s z a r
p ( k o l e k t o r ) .
D o d i o d y j e s t p r z y Bo \o n e n a p i c i e w k i e r u n k u p r z e w o d z e n i a w i c p By n i e d u \y p r d
( d z i u r o w y ) z e m i t e r a d o b a z y . B a z a j e s t n a t y l e c i e n k a , \e w i k s z o [ d z i u r d y f u n d u j e d o
k o l e k t o r a , a t y l k o n i e w i e l k a c z [ ( 1 % ) w y p By w a z b a z y ( I b e ) .
3 7 - 7
Z . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
P o z o s t a By p r d ( 9 9 % ) w y p By w a p r z e z k o l e k t o r . K o l e k t o r j e s t n a b a r d z i e j u j e m n y m p o -
t e n c j a l e n i \ b a z a b y d o d a t n i e d z i u r y Ba t w i e j m o g By d o n i e g o p r z e c h o d z i By . S t o s u n e k p r -
I k e
d u k o l e k t o r a d o p r d u b a z y n a z y w a m y w s p ó Bc z y n n i k i e m w z m o c n i e n i a p r d u : ² = .
I b e
D l a t y p o w e g o t r a n z y s t o r a ² = 1 0 0 t z n . s Ba b y p r d w e j [c i o w y b a z y I b e m o \e k o n t r o l o w a
1 0 0 r a z y w i k s z y p r d w y j [c i o w y k o l e k t o r a I k e .
N p . I b e j e s t s Ba b y m s y g n a Be m a n t e n o w y m . W ó w c z a s p r d I k e j e s t t a k i m s a m y m p r z e b i e -
g i e m a l e o w a r t o [c i 1 0 0 r a z y w i k s z e j .
C h a r a k t e r y s t y k i t r a n z y s t o r ó w n p n s t a k i e s a m e .
3 7 . 5 . 7 I n n e u r z d z e n i a
I s t n i e j e j e s z c z e w i e l e i n n y c h u r z d z e D p ó Bp r z e w o d n i k o w y c h . Z k o n i e c z n o [c i o g r a n i -
c z y m y s i t y l k o d o w y m i e n i e n i a n a j w a \n i e j s z y c h : u k Ba d y s c a l o n e d u \e j s k a l i i n t e g r a c j i ;
d i o d y t u n e l o w e ; d i o d y Z e n e r a ; t y r y s t o r y ; t r a n z y s t o r y p o l o w e ; l a s e r y p ó Bp r z e w o d n i k o w e .
3 7 . 6 W Ba s n o [c i m a g n e t y c z n e c i a B s t a By c h
Z e z j a w i s k a m i m a g n e t y c z n y m i s p o t y k a m y s i n a c o d z i e D. N a j c z [c i e j m a m y d o
c z y n i e n i a z m a g n e s a m i s t a By m i p o n i e w a \ s o n e p o w s z e c h n i e w y k o r z y s t y w a n e w e
w s z e l k i c h u r z d z e n i a c h t e c h n i c z n y c h .
O m ó w i e n i e w Ba s n o [c i m a g n e t y c z n y c h r o z p o c z n i e m y o d p r z y p o m n i e n i a o b l i c z e D,
z W y k Ba d u 2 1 . P o k a z a l i [m y t a m , \e e l e k t r o n k r \c y w o d l e g Bo [c i r w o k ó B j d r a w a t o -
e
m i e p o s i a d a m a g n e t y c z n y m o m e n t d i p o l o w y µ e = L z w i z a n y z o r b i t a l n y m m o m e n -
2 m
t e m p d u L . P o d o b n i e j a k z o r b i t a l n y m m o m e n t e m p d u e l e k t r o n u r ó w n i e \ z j e g o s p i -
n e m z w i z a n y j e s t m o m e n t m a g n e t y c z n y t z w . s p i n o w y m o m e n t m a g n e t y c z n y .
W Ba s n o [c i m a g n e t y c z n e c i a B s o k r e [l o n e p r z e z z a c h o w a n i e s i t y c h e l e m e n t a r n y c h
m o m e n t ó w ( d i p o l i ) m a g n e t y c z n y c h w p o l u m a g n e t y c z n y m .
P r z y o p i s i e w Ba s n o [c i m a g n e t y c z n y c h c i a B p o s Bu g u j e m y s i p o j c i e m w e k t o r a
p o l a r y z a c j i m a g n e t y c z n e j M n a z y w a n e j t e \ n a m a g n e s o w a n i e m l u b m a g n e t y z a c j . W e k -
t o r t e n o k r e [l a s u m w s z y s t k i c h m o m e n t ó w m a g n e t y c z n y c h , c z y l i w y p a d k o w y m o m e n t
m a g n e t y c z n y j e d n o s t k i o b j t o [c i . J e \e l i p r ó b k z a w i e r a j c e l e m e n t a r n e d i p o l e m a g n e -
t y c z n e u m i e [c i m y w j e d n o r o d n y m p o l u m a g n e t y c z n y m o i n d u k c j i B 0 t o p o l e t o d \y d o
u s t a w i e n i a d i p o l i w k i e r u n k u p o l a i w e f e k c i e p o w s t a j e w p r ó b c e w y p a d k o w e p o l e o
i n d u k c j i
B = B 0 + M = µ r B 0 ( 3 5 . 1 )
W z g l d n p r z e n i k a l n o [c i m a g n e t y c z n o [r o d k a µ r m o \n a n a p o d s t a w i e w z o r u ( 3 5 . 1 )
z a p i s a j a k o
M
µ r = 1 + = 1 + Ç ( 3 5 . 2 )
B 0
g d z i e w i e l k o [ Ç n a z y w a n a j e s t p o d a t n o [c i m a g n e t y c z n .
3 7 - 8
Z . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
W z a l e \n o [c i o d w i e l k o [c i i z n a k u p o d a t n o [c i m a g n e t y c z n e j Ç , d z i e l i m y c i a Ba
n a n a s t p u j c e t r z y g r u p y :
" Ç < 0 , c i a Ba d i a m a g n e t y c z n e ;
" Ç > 0 , c i a Ba p a r a m a g n e t y c z n e ;
" Ç > > 0 , c i a Ba f e r r o m a g n e t y c z n e .
3 7 . 6 . 1 D i a m a g n e t y z m
D i a m a g n e t y z m j e s t z w i z a n y z e z m i a n o r b i t a l n e g o m o m e n t u p d u e l e k t r o n ó w w y -
w o Ba n z e w n t r z n y m p o l e m m a g n e t y c z n y m . O z n a c z a t o , \e d i a m a g n e t y z m w y s t p u j e w
k a \d y m m a t e r i a l e u m i e s z c z o n y m w p o l u m a g n e t y c z n y m ( w k a \d y m m a t e r i a l e s e l e k -
t r o n y ) . J e d n a k d o [w i a d c z a l n i e j e s t o n o b s e r w o w a n y t y l k o w c i a Ba c h , w k t ó r y c h m o m e n -
t y m a g n e t y c z n e e l e k t r o n ó w w c h o d z c y c h w s k Ba d d a n e g o a t o m u z n o s z s i w z a j e m n i e
( k o m p e n s u j ) t a k , \e m o m e n t m a g n e t y c z n y a t o m u j e s t r ó w n y z e r u . W i n n y m p r z y p a d k u
e f e k t t e n j e s t m a s k o w a n y p r z e z w y p a d k o w y m o m e n t m a g n e t y c z n y a t o m ó w . D i a m a g n e -
t y k a m i s n a p r z y k Ba d t e c i a Ba , k t ó r y c h a t o m y l u b j o n y p o s i a d a j w y p e Bn i o n e p o w Bo k i
e l e k t r o n o w e .
J e \e l i a t o m d i a m a g n e t y c z n y u m i e [c i m y w z e w n t r z n y m p o l u m a g n e t y c z n y m t o n a
e l e k t r o n y d z i a Ba s i Ba m a g n e t y c z n a F = - e v × B , k t ó r a p o w o d u j e z m i a n s i By d o [r o d k o w e j
d z i a Ba j c e j n a e l e k t r o n i z m i e n i a p r d k o [ k t o w e l e k t r o n ó w . Z m i a n a t a z a l e \y o d k i e -
r u n k u r u c h u e l e k t r o n u w z g l d e m p o l a B i d l a t e g o n i e j e s t j e d n a k o w a d l a w s z y s t k i c h
e l e k t r o n ó w . O z n a c z a t o , \e m o m e n t y m a g n e t y c z n e e l e k t r o n ó w p r z e s t a By s i k o m p e n s o -
w a . W z e w n t r z n y m p o l u m a g n e t y c z n y m B z o s t a B w y i n d u k o w a n y m o m e n t m a g n e t y c z -
n y , o k i e r u n k u p r z e c i w n y m d o B . W e f e k c i e p r ó b k a d i a m a g n e t y c z n a j e s t o d p y c h a n a o d
b i e g u n a s i l n e g o m a g n e s u , a j e j p o d a t n o [ m a g n e t y c z n a Ç j e s t u j e m n a .
3 7 . 6 . 2 P a r a m a g n e t y z m
P a r a m a g n e t y k a m i s c i a Ba , k t ó r y c h a t o m y p o s i a d a j w y p a d k o w y m o m e n t m a g n e -
t y c z n y r ó \n y o d z e r a . P r z y k Ba d e m m o g b y a t o m y o n i e p a r z y s t e j l i c z b i e e l e k t r o n ó w , w
k t ó r y c h w y p a d k o w y s p i n e l e k t r o n ó w b d z i e z a w s z e w i k s z y o d z e r a . P o d a t n o [ p a r a -
m a g n e t y k ó w m a w a r t o [ n i e z n a c z n i e w i k s z o d z e r a . W z e w n t r z n y m p o l u m a g n e -
t y c z n y m a t o m o w e d i p o l e m a g n e t y c z n e d \ d o u s t a w i e n i a r ó w n o l e g Be g o d o k i e r u n k u
p o l a . J e d n a k t e n p r o c e s j e s t s i l n i e z a k Bó c a n y p r z e z e n e r g i d r g a D t e r m i c z n y c h ( e n e r g i
c i e p l n ) t a k , \e e f e k t y w n y m o m e n t m a g n e t y c z n y j e s t d u \o m n i e j s z y o d m a k s y m a l n e g o ,
m o \l i w e g o d o u z y s k a n i a . T e r u c h y c i e p l n e s o d p o w i e d z i a l n e z a t o , \e p o u s u n i c i u p o -
l a m a g n e t y c z n e g o z n i k a n a m a g n e s o w a n i e i m o m e n t y d i p o l o w e p a r a m a g n e t y k a s c a B-
k o w i c i e n i e u p o r z d k o w a n e .
D l a p a r a m a g n e t y k ó w ( n i e z a w i e r a j c y c h e l e k t r o n ó w s w o b o d n y c h ) p o d a t n o [ m a -
g n e t y c z n a z a l e \y o d t e m p e r a t u r y z g o d n i e z p r a w e m C u r i e
C
Ç = ( 3 5 . 3 )
T
g d z i e C j e s t s t a B C u r i e .
3 7 - 9
Z . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
3 7 . 6 . 3 F e r r o m a g n e t y z m
I s t n i e j p i e r w i a s t k i t a k i e j a k F e , C o , N i o r a z w i e l e r ó \n y c h s t o p ó w , w k t ó r y c h
o b s e r w u j e m y u p o r z d k o w a n i e m a g n e t y c z n e p o m i m o , p r z e c i w d z i a Ba j c y c h t e m u , r u -
c h ó w t e r m i c z n y c h a t o m ó w . S u b s t a n c j e t e z w a n e f e r r o m a g n e t y k a m i c h a r a k t e r y z u j s i
d u \ p o d a t n o [c i , p r z y c z y m w i e l k o [ n a m a g n e s o w a n i a z a l e \y z a r ó w n o o d p o l a m a g n e -
s u j c e g o j a k i o d t e g o c z y b y By o n e m a g n e s o w a n e w c z e [n i e j . J e s t t o z w i z a n e z s i l n y m
o d d z i a By w a n i e m w y m i e n n y m j a k i e w y s t p u j e p o m i d z y s p i n o w y m i m o m e n t a m i m a g n e -
t y c z n y m i a t o m ó w . F e r r o m a g n e t y z m j e s t w i c w Ba s n o [c i k r y s z t a Bó w , a n i e p o j e d y n -
c z y c h a t o m ó w . P o s z c z e g ó l n e a t o m y ( t a k j a k w p a r a m a g n e t y k u ) p o s i a d a j m o m e n t y m a -
g n e t y c z n e , k t ó r e p o d c z a s k r y s t a l i z a c j i , w w y n i k u o d d z i a By w a n i a w y m i e n n e g o , u s t a w i a j
s i r ó w n o l e g l e d o s i e b i e w d u \y c h o b s z a r a c h k r y s z t a Bu z w a n y c h d o m e n a m i . K a \d a d o -
m e n a j e s t w i c c a Bk o w i c i e m a g n e t y c z n i e u p o r z d k o w a n a . N a t o m i a s t k i e r u n k i m o m e n -
t ó w m a g n e t y c z n y c h p o s z c z e g ó l n y c h d o m e n s r ó \n e i p r ó b k a j a k o c a Bo [ m o \e n i e m i e
w y p a d k o w e g o n a m a g n e s o w a n i a . N a r y s u n k u p o n i \e j p o l e w e j s t r o n i e p o k a z a n o f r a g -
m e n t n i e n a m a g n e s o w a n e g o f e r r o m a g n e t y k a . L i n i e p o k a z u j g r a n i c e d o m e n , a s t r z a Bk i
o z n a c z a j k i e r u n e k m o m e n t u m a g n e t y c z n e g o w d o m e n i e .
J e \e l i t a k i m a t e r i a B f e r r o m a g n e t y c z n y u m i e [c i m y w z e w n t r z n y m p o l u m a g n e -
t y c z n y m z a o b s e r w u j e m y , \e p r ó b k a u z y s k u j e d u \e n a m a g n e s o w a n i e w r e l a t y w n i e n i -
s k i m p o l u m a g n e t y c z n y m . D z i e j e s i t a k d l a t e g o , \e m o m e n t y m a g n e t y c z n e a t o m ó w
w e w n t r z d o m e n d \ d o u s t a w i e n i a s i z g o d n i e z p o l e m o r a z , \e p r z e s u w a j s i [c i a n y
d o m e n : d o m e n y z o r i e n t o w a n e z g o d n i e z p o l e m r o s n k o s z t e m d o m e n o i n n e j o r i e n t a c j i .
T e n p r o c e s n i e j e s t c a Bk o w i c i e o d w r a c a l n y . P o u s u n i c i u p o l a g r a n i c e d o m e n n i e w r a c a -
j d o p o Bo \e D p o c z t k o w y c h i m a t e r i a B p o z o s t a j e n a m a g n e s o w a n y t r w a l e . Z j a w i s k o t o
n a z y w a m y h i s t e r e z m a g n e t y c z n . N a r y s u n k u , p o s t r o n i e p r a w e j p o k a z a n a j e s t k r z y w a
( a b ) n a m a g n e s o w a n i a f e r r o m a g n e t y k a ( p o c z t k o w o n i e n a m a g n e s o w a n e g o ) i t o w a r z y -
s z c a j e j p t l a h i s t e r e z y ( b c d e b ) .
N i e n a m a g n e s o w a n y ( p u n k t a ) m a t e r i a B f e r r o m a g n e t y c z n y m a g n e s u j e m y z e -
w n t r z n y m p o l e m m a g n e t y c z n y m B 0 a \ d o w a r t o [c i o d p o w i a d a j c e j p u n k t o w i b . N a -
s t p n i e z m n i e j s z a m y p o l e m a g n e s u j c e d o z e r a . N a m a g n e s o w a n i e m a t e r i a Bu m a l e j e a l e
n i e z n i k a c a Bk o w i c i e ( p u n k t c ) ; m a t e r i a B z o s t a B n a m a g n e s o w a n y t r w a l e . N a m a g n e s o w a -
n i e w p u n k c i e c n o s i n a z w p o z o s t a Bo [c i m a g n e t y c z n e j . N a s t p n i e , p o n o w n i e z w i k -
s z a m y p o l e m a g n e s u j c e a l e w k i e r u n k u p r z e c i w n y m d o n a m a g n e s o w a n i a . T r w a Be n a -
3 7 - 1 0
Z . K k o l - N o t a t k i d o W y k Ba d u z F i z y k i
m a g n e s o w a n i e f e r r o m a g n e t y k a z o s t a j e u s u n i t e d o p i e r o p o o s i g n i c i u w a r t o [c i p o l a
m a g n e t y c z n e g o n a z y w a n e g o p o l e m k o e r c j i ( p u n k t d ) . D a l s z e z w i k s z a n i e p o l a m a g n e -
s u j c e g o p o z w a l a p o n o w n i e n a m a g n e s o w a m a t e r i a B a l e w n o w y m k i e r u n k u ( p u n k t e ) .
M o \e m y t e r a z p o w t ó r z y p o s t p o w a n i e o p i s a n e p o w y \e j i w e f e k c i e p o w r ó c i d o p u n k -
t u b . K r z y w a ( b c d e b ) n o s i n a z w p t l i h i s t e r e z y .
P o z o s t a Bo [ m a g n e t y c z n a i p o l e k o e r c j i s p a r a m e t r a m i , k t ó r e d e c y d u j o p r z y -
d a t n o [c i d a n e g o m a t e r i a Bu j a k o m a g n e s u t r w a Be g o . D u \a p o z o s t a Bo [ m a g n e t y c z n a g w a -
r a n t u j e , \e b d z i e m y m i e l i s i l n y m a g n e s , a d u \e p o l e k o e r c j i , \e b d z i e o n t r w a By ( n i e
z o s t a n i e Ba t w o r o z m a g n e s o w a n y ) . M a t e r i a Ba m i , k t ó r e p o s i a d a j n a j l e p s z e w a r t o [c i t y c h
p a r a m e t r ó w s o b e c n i e S m C o 5 i N d 2 F e 1 4 B .
O p r z y d a t n o [c i f e r r o m a g n e t y k a j a k o m a g n e s u t r w a Be g o d e c y d u j e r ó w n i e \ z a l e \-
n o [ j e g o p o d a t n o [c i o d t e m p e r a t u r y b o p o w y \e j p e w n e j c h a r a k t e r y s t y c z n e j t e m p e r a t u r y
T C f e r r o m a g n e t y k s t a j e s i p a r a m a g n e t y k i e m . T e m p e r a t u r T C n a z y w a m y t e m p e r a t u r
C u r i e . Z p u n k t u w i d z e n i a z a s t o s o w a D i s t o t n e j e s t a b y m a t e r i a B f e r r o m a g n e t y c z n y m i a B
m o \l i w i e w y s o k t e m p e r a t u r p r z e j [c i a w s t a n p a r a m a g n e t y c z n y .
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