Гальваномагнитные эффекты

В батареях элементов Пельтье возможно достижение теоретически очень большой разницы температур, в связи с этим лучше использовать импульсный метод регулирования температуры, благодаря которому можно снизить также и потребление энергии.

Применение

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур, или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, необходимая мощность охлаждения невелика.

Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например, в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.

Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров, с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.

В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30--40К ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до ?80 для одностадийних холодильников и до ?120 для двухстадийных).

Заключение

Подводя итоги по курсовой работе, следует отметить, что были выполнены все поставленные передо мной цели:

1. углубить знания раздела дисциплины, касающегося основных свойств полупроводниковых материалов;

2. изучить суть гальваномагнитных явлений в полупроводниках

Эффект Холла интересен как метод характеристик полупроводниковых приборов (тип проводимости, концентрация и подвижность носителей) и как принцип действия ряда приборов, которые нашли техническое применение. Также мы увидели зависимость подвижностей носителей заряда в полупроводниках.

Полупроводниковые материалы применяются для изготовления полупроводниковых приборов и устройств микроэлектроники. Особенности электрофизических свойств полупроводников определяются природой сил связи. Пригодность полупроводникового материала зависит от его кристаллической структуры, ширины запрещенной зоны, положения примесных уровней и однородности распределения примеси по объему. Оптическими, термическими, термоэлектрическими, и электрическими свойствами полупроводниковых материалов определяются эксплуатационные характеристики готовых изделий. Особые требования предъявляют к таким свойствам, как тип электропроводности, концентрация введенной примеси, подвижность и время жизни носителей заряда.

В нашей жизни они встречаются довольно часто в быту (на их основе работают многие электрические приборы).

Гальваномагнитные приборы являются элементной базой нового направления электроники -- магнитоэлектроники. Это приборы, действие которых основано на использовании эффектов, возникающих при одновременном воздействии на полупроводник электрического и магнитного полей.

До недавнего времени единственными представителями этого класса приборов были датчики ЭДС Холла и магниторезисторы, принцип действия которых предложен еще в прошлом веке.

В последние годы класс гальваномагнитных приборов значительно расширился. Появились разработанные и Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе АН СССР, Московском институте электронной техники, Одесcком университете им. И. И. Мечникова и институте полупроводников АН Лит. ССР магнитодиоды, однопереходные и биполярные магнитотранзисторы, магнитотиристоры, приборы на основе гальваномагнитнорекомбинационного эффекта.

Их применение позволит по-новому решить создание ряда технических устройств: бесконтактных переключателей и бесколлекторных электродвигателей, электронных компасов, считывающих магнитных головок и т. д. Магнитодиоды и магнитотранзисторы уже серийно выпускаются нашей промышленностью, другие приборы находятся в заключительной стадии разработки.

Литература

1. Лифшиц, И. М., Каганов, М. И. Некоторые вопросы электронной теории металлов: учебник: в 90 т. / И.М.Лифшиц, М.И.Каганов. - Успехи физических наук, 1965. -Т.87

2. Калашников, С.Г. Электричество: учеб. пособие / С.Г.Калашников. - М.: Наука, 1985.

3. «Большая советская энциклопедия». -- М.: Советская энциклопедия. 1969--1978.

4. Савельев, И.В. Курс общей физики: учебник: в 3 т./ И.В.Савельев. - М.: Наука, 1977. - Т.2.

5. Сивухин, Д.В. Общий курс физики: учебник: в 5 т./Д.В.Сивухин. - М.: Наука, 1983. - Т.3

6. Матвеев, А.Н. Электричество и магнетизм: учебник/А.Н.Матвеев. - М.: Высшая школа, 1983.

7. Тамм, И.Е. Основы теории электричества: учебник/ И.Е.Тамм.- М.: Наука, 1984.

8. Элементарный учебник физики: электричество и магнетизм / под ред. Г.С. Ландберга. - М.: Наука, 1967.

9. К.В.Шалимов. Практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам.- М.: Высшая школа, 1968.

Приложение

Биографии

Эдвин Герберт Холл

Эдвин Гемрберт Холл (англ. Edwin Herbert Hall; 7 ноября 1855 -- 20 ноября 1938) -- американский физик, открывший «эффект Холла». Он проводил термоэлектрические исследования в Гарварде, где написал много учебников и прикладных методических материалов.

Биография

Холл родился в городе Горем, штате Мэн, США. В 1875 году закончил колледж Боудина (Брансуик). Высшее образование Холл получил в университете Джонса Хопкинса, где защитил докторскую диссертацию в 1880 году. Там же он проводил свои первые эксперименты.

Эффект, получивший впоследствии имя первооткрывателя, был открыт Эдвином Холлом в 1879 году, когда он работал над своей докторской диссертацией. Свой эксперимент Холл проводил на золотой пластинке, размещенной на стекле, при пропускании через которую электрического тока возникала разность потенциалов на боковых краях пластины (не обязательно золотой, использовались и полупроводниковые материалы). Разница потенциалов возникала вследствие приложения магнитного поля перпендикулярно к плоскости пластинки (холловского элемента). Отношение холловского напряжения к величине продольного тока, сегодня известное как «холловское сопротивление», характеризует материал, из которого изготовлен элемент Холла. В 1880 году эти эксперименты были опубликованы в качестве докторских тезисов в журналах «American Journal of Science», и «Philosophical Magazine».

Работы Холла

A Text-Book of Physics (1891; третье издание, 1903), совместно с Дж. Бергеном

Elementary Lessons in Physics (1894; 1900)

The Teaching of Chemistry and Physics (1902), совместно с А. Смитом

College Laboratory Manual of Physics (1904; пересмотренное издание, 1913)

Elements of Physics (1912)

Эдвин ГербертХоллангл. Edwin Herbert Hall

Дата рождения:7 ноября 1855

Место рождения:Горем, штат Мэн, США

Дата смерти:20 ноября 1938 (83 года)

Место смерти:Кембридж, штат Массачусетс, США

Страна: США

Научная сфера:физика

Место работы:Гарвардский университет

Альма-матер:Университет Джонса Хопкинса

Известен как:первооткрыватель эффекта Холла

Томас Иоганн Зеебек

Томас Иоганн Зеебек (Thomas Johann Seebeck, 9 апреля 1770, Ревель (ныне -- Таллин) -- 10 декабря 1831, Берлин) -- немецкий физик.

Биография

Получил медицинское образование, жил как частное лицо в Йене, Байрейте и Нюрнберге, в 1818 поселился в Берлине, где был избран членом Академии наук. Зеебек сделал несколько открытий в оптике (цветовые явления поляризации в одно-- и двуосных кристаллах, открытые одновременно французским физиком Био, а ранее -- Брюстером в 1813 и Волластоном в 1814), акустике (влияние движения звучащего тела на высоту тона), в учении о теплоте (распределение тепловых лучей в солнечном спектре), но особенно -- в области электричества (открытие в 1821 термоэлектрических токов; поперечное намагничивание). Зеебек много работал над изучением химического действия света и открыл, что это действие не заканчивается тотчас по прекращении света, но продолжается и в темноте очень долгое время. Кроме того, Зеебек дал опытное подтверждение закону Брюстера о связи показателя преломления тела с углом полной поляризации.

В 1834 году открыл способ охлаждения вещества с помощью электричества.

Томас Иоганн Зеебек

Дата рождения:9 апреля 1770

Место рождения:Ревель

Дата смерти:10 декабря 1831 (61 год)

Место смерти:Берлин

Научная сфера:физика

Аугусто Риги

Аугусто Риги (итал. Augusto Righi; 27 августа 1850, Болонья -- 8 июня 1921) -- итальянский физик, член Академии дель Линчеи (1898).

Получил образование в техническом институте в Болонье (степень инженера в 1872). C 1871 года -- ассистент при кафедре физики, в 1875--1880 -- ординарный профессор в технической школе в Болонье, в 1880--1885 -- ординарный профессор университета Палермо. В 1885--1889 -- профессор Падуанского университета, с 1889 -- профессор Института физики Болонского университета.

Научные работы посвящены, главным образом, электромагнетизму, физике диэлектриков, оптике, атомной физике. В 1880 Аугусто Риги, независимо от Э. Варбурга, открыл магнитный гистерезис. В 1888 «переоткрыл» внешний фотоэффект для случая диэлектриков (эбонит, сера), создал фотоэлемент и впервые использовал этот термин («фотоэлемент»). Исследовал эффекты Холла и Керра, рентгеновские лучи, эффект Зеемана.

Разработал в 1894 году новый тип генератора электромагнитных волн -- сферический осциллятор сантиметровых волн, с помощью которого впервые получил электромагнитные волны длиной 20 и 7,5 см, исследовал их отражение, преломление, поглощение, интерференцию и диффракцию, впервые наблюдал их двойное лучепреломление. На основании этих экспериментов показал, что радиоволны отличаются от световых волн только длиной волны, но не природой. В 1881 впервые осуществил модуляцию амплитуды света путём вращения одного из двух скрещенных поляризаторов (николей). В 1887 совместно с С.Ледюком открыл один из термомагнитных эффектов (эффект Риги - Ледюка).

Автор более чем 250 научных публикаций, член ряда академий наук, в частности Петербургской Академии наук (1896). Для широкой публики известен как один из главных учителей Гульельмо Маркони.

Дата рождения:27 августа 1850

Место рождения:Болонья

Дата смерти:8 июня 1921 (70 лет)

Место смерти:Болонья

Страна: Италия

Научная сфера:Электромагнетизм

Место работы:Институт физики Болонского университета

Учёное звание:профессор

Известные ученики:Гульельмо Маркони

Уильям Томсон

Уильям Томсон, лорд Кельвин (англ. William Thomson, 1st Baron Kelvin; род. 26 июня 1824 года в Белфасте, Ирландия; † 17 декабря 1907 года в Ларгсе, Эршир (en:Ayrshire), Шотландия) -- британский физик. Предки Томсона были ирландскими фермерами; его отец Джеймс Томсон (1776--1849), известный математик, с 1814 года был учителем в Belfast Academical Institution, затем с 1832 года профессором математики в Глазго; известен учебниками по математике, выдержавшими десятки изданий. Уильям Томсон и его старший брат Джеймс учились в колледже в Глазго, а затем в St. Peter College в Кембридже, в котором Уильям окончил курс наук в 1845 году.

В 1846 году двадцатидвухлетний Томсон занял кафедру теоретической физики в университете в Глазго. Необыкновенные заслуги Томсона в чистой и прикладной науке были вполне оценены его современниками.

В 1866 году Томсон возведён в дворянское достоинство, в 1892 году королева Виктория пожаловала ему пэрство с титулом «барон Кельвин».

Ещё студентом, Томсон опубликовал ряд работ по приложению рядов Фурье к вопросам физики и, в замечательном исследовании «The uniform motion of heat in homogeneous solid and its connection with the mathematical theory of electricity»(«The Cambridge math.Journ.»1842), провёл важные аналогии между явлениями распространения тепла и электрического тока, и показал, как решение вопросов из одной из этих областей применить к вопросам другой области.

В другом исследовании «The Linear Motion of Heat» (1842, ibid.) Томсон развил принципы, которые затем плодотворно приложил ко многим вопросам динамической геологии, например, к вопросу об охлаждении Земли.

В 1845 году, находясь в Париже, Томсон начинает в журнале Жозефа Лиувилля печатание ряда статей по электростатике, в которых излагает свой метод электрических изображений, давший возможность просто решить многие труднейшие задачи электростатики.

С 1849 года начинаются работы Томсона по термодинамике, напечатанные в изданиях королевского общества в Эдинбурге. В первой из этих работ Томсон, опираясь на исследования Джоуля, указывает, как следует изменить принцип Карно, изложенный в сочинении последнего «Rйflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres а dйvelopper cette puissance» (1824), для того, чтобы принцип согласовался с современными данными; эта знаменитая работа содержит первую формулировку второго принципа термодинамики.

В 1852 году Томсон даёт другую формулировку его, именно учение о рассеянии энергии.

В том же году Томсон совместно с Джоулем проводит известное исследование над охлаждением газов при расширении без совершения работы, которое послужило переходной ступенью от теории идеальных газов к теории действительных газов.

Начатая в 1855 году работа по термоэлектричеству («Electrodynamic Qualities of Metals») вызвала усиленную экспериментальную работу; в работе принимали участие студенты, и это положило начало практическим работам студентов в университете Глазго -- первым в Англии, а также начало лаборатории по физике в Глазго. В пятидесятых годах Томсон заинтересовывается вопросом о трансатлантической телеграфии; побуждаемый неудачами первых пионеров-практиков, Томсон теоретически исследует вопрос о распространении электрических импульсов вдоль кабелей и приходит к заключениям величайшей практической важности, давшим возможность осуществить телеграфирование через океан. Попутно Томсон выводит условия существования колебательного электрического разряда (1853), вновь найденные позже Кирхгофом (1864) и лёгшие в основание всего учения об электрических колебаниях. Экспедиция для прокладки кабеля знакомит Томсона с нуждами морского дела и приводит к усовершенствованию лота и компаса (1872-1876).

В «Biogr.-Litter. Handwцrterbuch Poggendorffa» (1896) приведён список около 250 статей (кроме книг), принадлежащих Томсону.

Упомянем лишь некоторые предметы его работ: термодинамические исследования, приведшие кроме того ещё к установлению абсолютной шкалы температур; работы по гидродинамике и теории волн (награждены в 1887 году премией от эдинбургского королевского общества); работы по термоэлектричеству, приведшие к открытию так называемого «эффекта Томсона» -- переноса тепла электрическим током; исследования по теории упругости (1862-1863), в которых Томсон расширяет теорию шаровых функций; работы по динамической геологии.

Не менее замечательна деятельность Томсона в практической физике и технике. Ему принадлежит изобретение или улучшение многих инструментов, вошедших во всеобщее употребление в науке и технике, таких как: зеркального гальванометра, ондулятора с сифонной подачей чернил, квадрантного и абсолютного электрометров, нормального элемента компаса, лота и множества технических измерительных электрических приборов, между которыми особенно замечательны ампер - весы, применяемые для выверки электрических приборов. Между множеством патентов, взятых Томсоном, встречаются таковые и на чисто практические приспособления, как, например, на водопроводные краны.

Из книг, изданных Томсоном, наибольшей известностью пользуется «Treatise on natural philosophy» (т. 1, вместе с Тэтот, 3-е изд. в 1883 году, немец.перев. под ред. Гельмгольца), содержащее блестящее изложение механических основ теоретической физики.

Уильям Томсон пытался доказать, что эволюция не могла иметь место, так как по его подсчётам возраст Земли был гораздо меньше требуемых для эволюции временных рамок. Возраст Солнечной системы лорд оценил неправильно, так как думал, что Солнце представляет собой огненный шар, в котором топливо должно было полностью сгореть за десятки миллионов лет. Конечно, он не знал о ядерной энергии.

Дата рождения:26 июня 1824

Место рождения:Белфаст, Северная Ирландия

Дата смерти:17 декабря 1907 (83 года)

Место смерти:Ларгс, Шотландия

Страна: Великобритания

Научная сфера:физика

Место работы:Университет Глазго

Альма-матер:Университет Глазго, Кембриджский университет (колледж Питерхаус)

Научный руководитель:Уильям Хопкинс

Известные ученики:Уильям Эдвард Айртон, Уильям Мюррей Моррисон

Награды и премии:Награда Смита, Королевская медаль, Медаль Копли

Подпись:

Размещено на Allbest.ru