fizica -teorie.doc

7/30/2019 fizica -teorie.doc

1/32

Teorie Examen Fizica

1) Marimi fizice. Unitati de masura

Unitati SI derivate.Acestea sunt date de expresiile matematice care cuprind semnele de inmultire siimpartire. Ele se construiesc din marimile fizice fundamentale, multe din acesteacapatand denumiri speciale si un anumit simbol, la randul lor putand fi folositepentru exprimarea unor unitati derivate, mai simplu decat pe baza unitatilorfundamentale

Multipli si submultipli unitatilor de masuraMULTIPLII UNITILOR DE MSUR SUBMULTIPLII UNITILOR DEMSUR101 deka da 10-1 deci d102 hecto h 10-2 centi -c

103 kilo k 10-3 milli m

106 mega M 10-6 micro 109 giga G 10-9 nano n

1


2/32

1012 tera T 10-12 pico- p

1015 peta P 10-15 femto f

1018 exa E 10-18 atto a1021 zeta Z 10-21 zepto z

1024 yotta Y 10-24 yocto y

2)Cinematica si dinamica punctului material

Punctul material- reprezinta un obiect cu dimensiuni reduse(neglijabile) comparativ cu distantele pana la corpurile vecine

Miscarea unui p.m. presupune exprimarea dependentei temporale avectorului sau de pozitie la orice moment de timp

Pozitia p.m. se face in raport cu un sistem de referinta.

Miscarea p.m. in spatiul 3D este descrisa prin trei gr. de libertate

Pozitia p.m. Este determinata in orice moment de timp prin vectorulde pozitie in raport cu un reper fix O ales arbitrar

Exprimarea vectorului de poz. se realizeaza in:

coordonate carteziene miscare liniara

coordonate cilindrice sau sferice miscare de rotatie

Operatii de vectori: adunare scadereorice vector poate fi descompus, dup dou direcii arbitrare n plan,obinnd doi vectori coplanari, sau dup trei direcii arbitrare n spaiu,obinndu-se componentele vectorului dup acele direcii.

dac cele dou direcii (sau trei n reprezentarea tridimensional) suntperpendiculare ntre ele, atunci componentele vectorului se numesc componenteortogonale,

2


3/32

Locul geometric al pozitiilor succesive ocupate de p.m. constituetraiectoria acestuia

Distana parcurs de mobil n decursul micrii este datde vectorul deplasare, definit ca:

Viteza medie

Viteza momentana

Acceleratia normala (radiala)

Genuri de miscari:Daca atg =ctsi R= => miscare liniara

daca R=const => miscare circulara

3

( ) ( )

( )

( )

( )

( ) jyixtr

tz

ty

tx

trtr ++=

== sausau

12 rrr =

( ) ( )( ) t

r

ttt

trttrv

=

+

+>=

Energia cinetic este mrimea scalar egal cu:

Lucrul mecanic efectuat de rezultantaforelor care acioneaz asupra punctului material este egal cu variaiaenergiei cinetice a acestuia:

teorema variaiei energiei cinetice

In anumite cazuri, lucrul mecanic efectuat asupra punctului material nudepinde deforma drumului parcurs, ci numai de poziia iniial i final. nacest caz se spune cforele sunt conservative, iarcmpul de fore repectiveste un cmp conservativ,(saucmp potenial).

Exemple de cmpuri poteniale:

1. Cmpul gravitaional.

Energia potenial n

cmpul gravitaionaldepinde de nlimea, h, lacare se afl punctul material, de mas m:

2. Cmpul forelor elastice.

3. Cmpul

electrostatic.Potenialul electric al unei sarcini electrice, de valoare Q, este

Energia mecanic

Prin definiie, suma dintre energia cinetic i energia potenial se numeteenergie mecanic apunctului material.

Dac asupra punctului material acioneaz fore neconservative, energiamecanic nu rmneconstant. Exemple de fore neconservative sunt: forade traciune (duce la creterea energiei mecanice)i fora de frecare (duce lascderea energiei mecanice).

Teorema conservrii energiei mecanice: n cazul micrii n cmpuri de fore

8

rdFdL =

=2

1

12 rdFL

NmJL SI 11][ ==

2

2mvEc =

JE SIc 1][ =

1212 cc EEL =

UEE cm +=


9/32

conservative,energia mecanic a punctului material rmne constant.Teorema conservrii energiei mecanice estevalabil i n cazul sistemelor depuncte materiale care sunt izolate fa de mediu.

3) Teoria Relativitatii ()

a) Transformarile

Lorentz

Consecinte ale transformarilor Lorentz

b) Contractia lungimilor

9


10/32

c) Relativitatea simultaneitatii

10


11/32

d)Dilatarea timpului

11


12/32

4) Oscilaii

Se numete oscilaie fenomenul fizic n decursul cruia o anumit mrimefizic a procesului prezint o variaie periodic sau pseudo-periodic.

Un sistem fizic izolat, care este pus n oscilaie printr-un impuls, efectueazoscilaii libere sau proprii, cu o frecven numit frecvena proprie asistemului oscilant.

Clasificarea oscilatiilor

Oscilaiile pot fi clasificate n funcie de mai multe criterii si anume:

Dupa forma energiei: oscilaii elastice, mecanice - au loc prin transformarea reciproc a

energiei cinetice n energie potenial; oscilaii electromagnetice - au loc prin transformarea reciproc a

energiei electrice n energie magnetic; oscilaii electromecanice - au loc prin transformarea reciproc a

energiei mecanice n energie electromagnetic.

conservarea energiei oscilaii nedisipative, ideale sau neamortizate (energia total se

conserv); oscilaii disipative sau amortizate (energia se consum n timp); oscilaii forate sau ntreinute (se furnizeaz energie din afara

sistemului, pentru compensarea pierd erilor).

Micarea oscilatorie armonic ideal

n absena unor fore de frecare sau de disipare a energiei, micareaoscilatorie este o micare ideal, deoarece energia total a oscilatoruluirmne constant n timp.

Oscilator

mecanic ideal:

a) momentul iniial;b) alungirea y produce fora de revenire Fec) amplitudinea micrii oscilatorii.0pulsaia proprie a oscilatorului

-ecuatia miscarii-ecuatia vitezei

12


13/32

-ecuatiaaccelerariiMrimilefizicecaracteristice ale oscilatorului ideal pot fi reprezentate grafic n funcie de timp.

Dac faza iniial este nul, se obin graficele funciilor y = f(t), v = f(t) i a = f(t)din fig.Energiilecinetic ipotenial aleoscilatoruluiideal sunt de

formaEnergia mecanic a oscilatorului ideal este suma energiilor cinetic i potenial

Conservareaenergieimecanice aoscilatoruluiconstituieefectul directal faptului cforeleelastice sunt

13


14/32

fore conservative.Caracterul oscilant al micrii se poate constata i din transformarea periodic aenergiei cinetice n energie potenial i reciproc.

Micarea oscilatorie amortizat

Sistemele oscilante reale sunt supuse unor fore de frnare, sau de disipare

a energiei pe care o au la nceputul micrii. Acea parte a energiei ce sepierde prin frecare se transform n cldur.Ampltudinea micrii oscilatoriiamortizate este descrescatoaren timp. Un caz interesant de fore de frnare l constituie foreleproporionale cu viteza de oscilaie. Modulul unei fore proporionale cuviteza de micare i opus acesteia se poate scrie sub forma: este coeficientul de rezisten mecanic

unde 0 reprezint pulsaia

proprie a oscilatorului ideal,iar se numete coeficient deamortizare

Descreterea amplitudinii micrii oscilatorii amortizate este caracterizat demrimea numit

14


15/32

decrement logaritmic.

Decrementul logaritmic este egal cu logaritmul natural al raportului dintre douamplitudini succesive

Timpul caracteristicpentru scderea energieimecanice a oscilatorului amortizat se numete timp

de relaxare, notat .

Timpul de relaxare esteintervalul de timp dupcare energia mecanicscade de e = 2.718 ori (ln e= 1):

15


16/32

Oscilaii forate

S considerm un oscilator mecanic format dintr-un resort elastic i un corp dedimensiuni neglijabile.Datorit forei de frecare, energia mecanic a oscilatorului se consum n timp,astfel nct oscilaia este amortizat, aa cum am vzut mai devreme.Pentru a ntreinemicarea oscilatorie, trebuie s se aplice fore exterioare, care scompenseze pierderile de energie din sistem.n acest caz, punctul material va efectua o micare oscilatorie forat. Dintre tipurilede fore de forare (sauperturbatoare) ce se pot aplica sistemului oscilant, un cazinteresant pentru aplicaiile practice este cel n care forele perturbatoare suntperiodice. O astfel de for perturbatoare se poate scrie sub forma:

-Observm camplitudinea oscilaieipermanente esteconstant n timp, depinde de pulsaia p a forei ce o ntreine, dar nu depinde decondiiile iniale.-De asemenea, observm c exist un defazaj ntre fora Fp i elongaia oscilaiei

ntreinute yp(t). Oscilaia permanent este n urm cu faza fa de fora Fp.-Frecvena de oscilaie a regimului permanent este egal cu frecvena forei

exterioare, Fp, aa cum rezult i experimental.

RezonanaRezonana este fenomenul fizic de apariie a maximuluiamplitudinii oscilaiei ntreinute.

5) Unde

mecanice Unda

reprezint fenomenul de extindere i propagare din aproape naproape a unei perturbaii periodice produse ntr-un anumit punctdin mediul de propagare.

Propagarea undei se face cu o vitez finit, numit viteza undei.

16


17/32

Unda nu reprezint transport de materie, ci numai transport de

energie.

Dup tipul de energie pe care-l transport unda

Unde elastice - se transport energie mecanic, undele fiind generate deperturbaiile mecanice ale mediilor elastice;

Unde electromagnetice - se transport energie electromagnetic;

Unde magneto-hidrodinamice - sunt generate prin perturbaiielectromagnetice i elastice ale mediului de propagare.

Dup natura perturbaieii modul de propagare alacesteia

Unde longitudinale - direcia de propagare a undei coincide cu direcia deoscilaie;

Unde transversale - direcia de propagare a undei este perpendicular pedirecia de oscilaie.

Funcia de und

Reprezin funcia matematic ce descrie mrimea perturbat notata (x,y,z,t)

Suprafaa de und reprezint mulimea punctelor din spaiu ce oscileazavnd la un moment dat aceeai valoare a funciei de und, (x,y,z,t) =constant = a. Dup forma suprafeelor de und, putem ntlni unde plane,

unde sferice, unde cilindrice, etc.Frontul de und reprezint suprafaa de und cea mai avansat la un moment dat

Ecuatia diferentiala a undelor

17


18/32

Unde de soc

Daca o sursa sonora se misca cu viteza mai mare decat viteza sunetului, apare unfenomen specific numit unda de soc.

Unda de soc reprezinta propagarea intr-un mediu gazos, lichid sau solid a uneisuprafete asupra careia se manifesta o crestere brusca a presiunii insotita devariatia densitatii, temperaturii si vitezei de miscare a mediului

Daca us=0 sau us mai mica de 0

Daca useste egala cu viteza sunetului

Fronturile de unda sunt toate tangente intr-un punct .Observatorul percepe toate undele concomitent sub forma unei pocnituri, efectultuturor undelor se insumeazaDaca useste mai mare decat viteza sunetuluiFronturile de unda se intretaie.Sursa se afla inaintea sunetului. Observatorulpercepe sunetele emise in ordine inversa emisiei

Efectul Doppler

La schimbarea sistemului de referinta, faza undei trebuie sa ramana invarianta:

18

'''' rktrkt =


19/32

Deci la schimbarea sist.de ref. se observa o modificare a fecventei, care estecontinutul efectului Doppler.Frecvena msurat crete atunci cnd sursa se apropie de receptori scade cnd susrsa se deprteaz de receptor.

Relezia si refractia undelor elastice Cnd o und ntlnete suprafaa de separare dintre dou medii diferite se

produc simultan reflexia (ntoarcerea undei n mediul din care a venit) irefracia (transmisia undei n mediul al doilea).

Se constat de asemenea c prin reflexie i refracie se schimb direcia depropagare a undei.

Considerm o und elastic longitudinal plan ce se propag prin mediul(1), care are densitatea 1 i unde viteza undei este u1 (vezi fig.). La ntlnirea

suprafeei de separare, (), dintre mediul (1) i mediul (2) unda se va mprintr-o und reflectat ce se propag n mediul (1) i o und transmis ce sepropag n mediul (2).

19

28

Reflexia i refracia unei unde plane

29

Fenomenul general de compunere a undelorcoerentese numete interferen.

Intensitateaundeireprezint cantitatea deenergie ce trece prin unitatea de suprafa nunitatea de timp.

S considerm dou unde ce se ntlnesc ntr- unpunct, avnd funciile de und:


20/32

20

30

33

Un obstacol pe care se produce difracia undei plane

34

Procesul prin care fanta filtreaz i las s treacnumai componenta vectorului amplitudine care

este n planul fantei constituie fenomenul depolarizare.


21/32

6) Termodinamica

21

1

a) Dac amplitudinea undei este paralel cu fanta, undase transmite prin fant, iar unda transmis are aceeaiamplitudine ca cea incident.

b) Dac direcia de vibraie din unda incident esteperpendicular pe direcia fantei, dincolo de fant nuse mai propag nici un fel de vibraie (vezi fig.a).

c) Dac direcia de vibraie face un anumit unghi cufanta, atunci vectorul caracteristic al undei sedecompune dup dou direcii perpendiculare, una dinele fiind direcia fantei (vezi fig. b).

Dintre cele dou componente ale vectorului A numaicomponenta paralel cu fanta, se transmite maideparte, cealalt fiind absorbit. Constatm c undatransmis dincolo de paravan are o amplitudine maimic dect amplitudinea undei incidente.

36

Polarizarea este fenomenul prin care sepoate filtra dintr- o und numaicomponenta ntr- un anumit plan a

vectorului de vibraie caracteristic undei. Dispozitivul prin care se realizeaz

polarizarea se numetepolarizor.

Unda al crei vector de vibraie pstreazaceeai direcie n spaiu se numete undliniar polarizat.


22/32

Partea 2

7)Electrostatica

CAMPUL ELECTRIC --- Eelectrostatica

Pentru descrierea spatiului in jurul sarcinilor este necesara introducerea uneinoi marimi fizice => campul electric

Campul electric - spatiul din jurul unei (mai multor) sarcini in care se facesimtita actiunea acesteia.

Intensitatea campului electric E este egala cu forta ce actioneaza asupraunittii de sarcina de proba q0:

cu r distanta de la sarcina q generatoare de camp pana in punctul in care sedetermina E

22

Legealui Coulomb, rezuma urmatoarele concluzii experimentale: sarcinile de acelasi semn se resping (F > 0), sarcinile de semn diferit se

atrag (F < 0); forta de interactiune actioneaza in lungul dreptei ce uneste sarcinile; forta este proportionala cu marimea sarcinilor; forta este invers proportionala cu patratul distantei dintre sarcini, fiind o

forta centrala.

Expresia matematica a legii lui Coulomb este:

unde constanta k depinde de sistemul de unitti de masuraadoptat:

cu si

0permitivitatea absoluta a vidului, se exprima in mod curent inF m- 1.

[q]SI =C21

rr

q

q

FE

3

00

0

4

1

==


23/32

Eeste o marime vectoriala

campul electrostatic este definit si prin linii de camp curbele tangente inorice punct la vectorul camp electric.

Liniile de camp electric incep intotdeauna pe sarcina pozitiva si setermina pe sarcina negativa;

Liniile de camp sunt curbe deschise, ele nu seintersecteaza niciodata.

Campul electric poate fi:

Omogen - daca liniile de camp sunt paralele si echidistante (ex.: intre doua placiplane, paralele si infinite incarcate cu sarcini diferite ca semn).

Neomogen (ex.: campulcreat de o sarcina punctiforma, un dipol)

Alta marime ce descrie campul electric este FLUXUL ELECTRIC

Fluxul electric reprezinta totalitatea liniilor de camp ce intra (sau ies) intr-osuprafata normala

Prin definitie fluxul electric este dat de integrala din produsul dintre E si dS

LEGEA LUI GAUSS

fluxul campului electric printr-o suprafata inchisa esteegal cu sarcina q din interiorul acesteia impartita la 0.

unde qint reprezinta sarcina aflata in interiorul suprafetei S

a) numarul liniilor care intra fiind egal cu a celor care ies; fluxurile

se anuleaza reciproc in acest caz.

b)) ,toate liniile de camp ies din suprafata .

23

= Se SdE

=Sq

SdE0

int

0>total

0=total


24/32

POTENTIALUL IN ELECTROSTATICA

Descrierea campului electric prin marimea vectoriala E este uneoriincomoda, chiar dificila, =>introducerea marimii scalare potential.

Potentialul se defineste in functie de lucrul mecanic efectuat pentrudeplasarea unei sarcini de proba intr-un camp electric.

Potentialul creat de o sarcina punctiforma intr-un punct aflat la distanta r desarcina q este:

CORPURI CONDUCTOARE N CMP ELECTROSTATIC

Conductoare:metalelei aliajele conductoare tipice, de clasa Iconducia electric este asigurat de prezena electronilor liberi, care se deplaseazinstantaneu n reea.Conductorii electrolitici i gazele n condiiile unei descrcri electrice conductoarede clasa II.conducia este asigurat prin ionii pozitivi i negativi.In interiorul corpurilor conductoare (metalice) intensitatea campului electric estenula, ca urmare potentialul este constantdeoarece la introducerea unui conductor n cmp sarcinile proprii ale corpului seredistribuie instantaneu ntr-un asemenea mod nct cmpul interior aprut scompenseze (riguros) cmpul aplicat din exterior (ecranarea)CAPACITATEA ELECTRICA. CONDENSATOARE

Capacitatea electric exprim capacitatea unui conductor de a nmagazinasarcini.

Condensatoare plane

Condensatoare sferice

Energia potenial pentru condensatorul plan

undeV=S d este volumul cuprins ntre armturile condensatorului.

Expresia energiei coninute n condensator este aceeai cu expresia general aenergiei cp. electric

SUBSTANE IZOLATOARE N CMP ELECTROSTATIC(DIELECTRICI)D.p.d.v. electric, atomul:

in afara oricrui cmp electric prezinta o simetrie perfecta (sarcinpozitiv central negativ exterioara)

24

( )r

qrdEr

r

04 ==

[ ] VSI =C

JV

1

11 =

qC= [ ] FC SI =

d

SC 0

=

,412

21

RR

RRC

=

22

1 22 CU

C

qWp ==

VEdEd

SWp ==

222

2

1

2

1


25/32

n prezena unui cmp electric simetria se strica => atomul prezintaun moment electric dipolar paralel cu cmpul aplicat dinexterior.

Dipoluleste un sistem de dou sarcini egale i de semn opus aflate la o distan l(axa dipolului) mic comparativ cu distanele exterioare i descris prin momentuldipolarporientat dinspre sarcina negativ spre cea pozitiv.

In interiorul dielectricului campul electrostatic este mai slabdecat in vidDescrierea dielectricilor se face prin vectorul inductie electrica:

expresia energiei ntr-un sistem cu dielectric=> densitatea volumica de energie:

8) MAGNESTOTATICA

Canmpul magnetic

Campul magnetic reprezinta o forma de existenta a materiei ce apare in jurulmagnetilor si conductoarelor parcurse de curent electric.

Forta Lorentz

Forta Lorent:

Este o forta cu care un camp magnetic de inductie B actioneaza asupraunei sarcini q ce se deplaseaza cu viteza v in acel canp.Esteperpendiculara si pe directia de miscare a sarcinilor si pe directiacampului magnetic.

Forta Lorentz pt. campul electro magnetic:

Elemente caracterizante

-pct. de aparitie:particula electrizata

-directie:dreapta perpendiculara pe vectorul v si B

-sens: este sensul de inaintare al unui burghiu ce duce vectoru v pestevectorul B pe drumul cel mai scurt.

Traectorii ale particulei electrizate

25

dierED 0=

EDw

=2

1

BvqF =

BvqEqF +=


26/32

A) v B => =0 => F=0

B) v B => =90 => F=qvB

Legile lui Ampere in magnetostatica

26

Problema evaluarii induciei magnetice B cnd este

cunoscut distribuia de sarcini mobile, descrisa fie prin

intensitatea curentului I, fie prin densitatea de curent j .

Legea lui Ampre n vid

ntre cmpul electrostatic i cel magnetostatic au fost gsitepn n prezent cteva analogii: a) descrierea ambelor prin linii de cmp;

b) existena unui dipol electricp i a unuia magnetic m ;

c) descrierea caracterului liniilor de cmp (deschise/nchise) prinecuaii difereniale

ne propunem calcularea circulaiei vectorului inducie magnetic,de-a lungul unui contur nchis:

36

,

S considerm un conductor parcurs decurent situat n interiorul unui contur circular.

Se poate scrie:

ceea ce arat c pentru un contur nchis coninnd un curent I,circulaia este nenul i nu depinde de forma conturului.

Daca conturul nu inconjoara curentul atunci circulatia este nula

Mai mult, dac un contur nchis este strbtut de mai multe

conductoare parcurse de cureni diferii I1, I2, Ii se poate scrie:

Dac toate conductoarele ce strpung conturul sunt parcurse de acelai curent(de exemplu n cazul unui solenoid) atunci poart denumirea detensiune magnetomotoare (solenaie) prin analogie cu t.e.m.

37

,

legea lui Ampre

Intensitatea curentului din legea lui Ampere poate fi nlocuit prindensitatea de curentj

forma diferenial a legii lui Ampre: cea mai simpl dar totodatcea mai general lege care exprim legtura ntre cmpulmagnetic i sarcinile electrice aflate n micare, ce i-au datnatere.

38

=>


27/32

Legea Biot-Savant

27

legea lui Ampre poate fi exprimat prin:

Cu Hintensitatea campului magnetic

39

,

Dac un curent electric strbate un conductor de o formoarecare, cmpul magentic creat este suma vectorial atuturor cmpurilor magnetice create de fiecare poriuneelementar a conductorului.

Intensitatea infinitezimal a cmpului magnetic creat de unelement de lunigime dl la distana r de el, este:

Pentru cazul inductiei magnetice=>

40

legea Biot Savart


28/32

9)Regimul Variabil

Fenomenul induciei electromagnetice

a) Micarea unui magnet permanent liniar (sau a unei bobine alimentate la o sursde tensiune continu) ntr-o bobin

b) La nchiderea / deschiderea circuitului primar, duce la apariia unui curent indus

n circuitul secundar.c) O spir ce se rotete ntr-un cmp magnetic uniform i constant, este parcursde un curent indus. (fig. c)

legea induciei electromagnetice a lui Faraday Lenz

unde semnul " - " se refer doar la sensul curentului indus (regula lui Lenz).

Enunul general al legii Faraday Lenz

un cmp magnetic variabil n timp B(t) produce n spaiul nconjurtor un cmpelectric. Cmpul electric indus este un cmp turbionar (cu linii de cmp nchise).Intensitatea sa este cu att mai mare cu ct viteza de variaie a lui B este mai mare

forma diferenial (local) a legii lui Faraday

forma integrala

Autoinducia

fenomen datorat modificrii de flux datorit variaiei curentului din nsui circuitulinductor.

pentru un solenoid de lungime l mare i avnd n = N/l spire pe unitate de lungime,inducia n punctele de pe axa solenoidului este dat de , ceea ce determin un fluxtotal prin solenoid egal cu:

Energia undelor electromagnetice

densitile de energie ale cmpurilor statice, electric i magnetic, ce determin oenergie total:

28

dt

de m

=

t

BErot

=

=S

Sdt

BldE

lnrnIm =2

0

nIB 0=

dVHBDEWV += )(2

1


29/32

La propagarea cmpului din aproape n aproape sub form de und aceast energies prseasc volumul n care se gsete iniial. Aceasta reprezint o scdere aenergiei n timp.

11) BAZELE FIZICE ALE MECANICII CUANTICE

Efectul fotoelectric

Efectul fotoelectric este fenomenul de emisie de electroni din

metale sub aciunea luminii

Sub influena luminii, din metalul catodului se emit electroni (numii fotoelectroni)care sendreapt spre anod.

La un flux luminos constant (

=const), pe msur ce tensiunea electric crete,intensitateafotocurentului crete pn la o valoare de saturaie, Isat.Exist un curent fotoelectric, I0, chiar n absena tensiunii electrice dincircuit =>sedatoreaz fotoelectronilor care, dup ce sunt eliberai din catod, au oenergiecinetic suficient de mare nct s ating anodul.pentru a anula curentul fotoelectric, trebuie aplicat o tensiuneelectric invers(negativ) pe anod, Uf.variaia energiei cineticeafotoelectronilor este egalculucrul mecanic efectuat decmpul electrostatic

corespunztor tensiunii inverse Uf:

Ipoteza lui Louis de Broglie

Lumina comport dou manifestri distincte: (1) este o undelectromagnetic (aa cum o ntlnim n fenomene ca

interferena, difracia, polarizarea, etc); (2) este unansamblu de fotoni (care sunt particule ntlnite n efectul

fotoelectric, efectul Compton, etc.).

naccepia tiinific modern, undele electromagnetice au caracter dual, deund i de corpuscul (dualismulcorpulsul-und).

n anul 1924 Louis de Broglie extinde concepia dualismului corpuscul-und iaspura celorlaltemicroparticule aflate n micare. El presupune c fiecrui corp, demas m i vitez v, i se asoaciaz ound a crei lungime de und este:

29


30/32

Undele asociate particulelorcuantice se numesc unde deBroglie

12) Elemente de fizica strii solide

Starea solid este o stare condensat a materiei, caracterizat prin interacii

interatomice suficient deputernice pentru a conferi materialului un volumpropriu i o form proprie.

Corpurilesolide pot fi: (i) cristaline, care sunt caracterizate printr-o stuctur ordonat, pe

domenii ntinse avndaceeai configuraie (ii) amorfe, care prezint o structur de ordine numai pe domenii

foarte restrnse,configuraia fiind diferit n spaiu.

un cristal este perfect dac reeaua cristalin se prelungete nentrerupt ntot materialul.

Reeaua cristalin se caracterizeaz prin constantele de reea, care sunt

distane caracteristice ntre atomiireelei.

Cristalele reale prezint unele abateri de la aceast structur ideal. Atomistrini (impuriti), care ocup locuri n reea dislocaii n reeua cristalin, adic plane de atomi care au alunecat

fa de alteplane ale reelei cristaline.

Forele responsabile de aranjarea atomilor n cristal determin trei tipuridecristale:

(i) cristale ionice, (ii) cristale covalente (iii) cristale metalice.

Cristalele ionice sunt formate din ioni pozitivi i ioni negativi ai elementelorchimice, aranjai altenativ.Cristalele ionice sunt izolatoare la oricetemperatur, deoarece n structura lor nu se gsesc electroniliberi.

Cristalele metalice sut formate din ioni care pun n comun electronii lor devalen. Aceti electroniformeaz un nor electronic uniform distribuit nreeaua cristalin. Nefiind legai de un atom anume,aceti electroni se micliberi prin metal, ei putnd circula printre ionii reelei metalice i potconducecurentul electric. Astfel metalele conduc curentul electric la oricetemperatur.

Cristalele covalente se realizaez cu atomi ai grupei a patra a sistemuluiperiodic.

Aceti atomi au cte patru electroni de valen. n reeaua cristalin fiecareatom este nconjurat de patru vecini (cei mai apropiai) cu care pune ncomun cte un electron de valen.

30


31/32

La anumite temperaturi, nu foarte ridicate, unii dintre electronii de valenpot rupe legtura covalent i devin electroni liberin cristal. Locul rmasliber n legturacovalent de unde a plecat electronul se numete gol deconducie. Att electronii liberi ct i golurile deconducie particip laconducia curentului electric din cristalul covalent.

Semiconductoriformeaz o clas aparte n ceea ce privete conducia electric.Sarcinile electrice deconducie din semiconductori, sau purttorii, suntelectronii de conducie i golurile.Procesul degenerare de electroni de conducie i de goluri const n ruperealegturilor covalente dintre anumiiatomi, rolul principal fiind jucat detemperatura la care se afl semiconductorul:

cu ct temperatura estemai mare cu att cretenumrul de legturi covalente din care uniielectroni de valen sunt pui nlibertate, eidevenind electroni de conducie. Locurile lsate

vacante de aceti electroni poart numele degoluri de conducie

Semiconductori cu impuritiPentru a mri conductivitatea electric asemiconductorilor se realizeazcristalecovalenten care se introduc impuriti nprocesul de solidificare(Arseniu grupa V, Galiu grupa III)=>un semiconductor impurificat sau extrinsec

Impuritati din grupa a V-a - semiconductor de tip n (electroni liberi)Impuritati din grupa a III-a - semiconductor de tip p (goluri libere)Acest tip de conducie electric, prin intermediul

impuritilor de concentraie controlat se numete conducie extrinsec, iarsemiconductorii impurifiaicu impuriti de tip p sau de tip n se numescsemiconductori extrinseci.

Dispozitive cu semiconductori

Dioda semiconductoare Dac se conecteaz o jonciune p-n ntr-un circuit electric exterior, se obine

odiod semiconductoare

31


32/32

Aplicnd o tensiune variabil n circuitul din figura, se constat cdispozitivulconduce curentul electric dac polarizarea este cu potenialulpozitiv la zona p

TranzistorulUn tranzistor este un dispozitiv format din dou jonciuni p-n, aezate nconfiguraiap-n-p saun-p-n.Cele trei zone ale tranzistorului se numesc baz,emitor i colector.-Dac ntre emitor i baz se aplic o tensiune direct, Ue, atunci golurile din emitorse pun n micare i trec prin baz, spre jonciunea baz-colector. Ele trec apoi i

prin colector, genernd un curent electric prin rezistena din circuitul bazcolector.Astfel prin circuitul colectorului trece un curent a cruiintensitate este controlat de curentuldin circuitulemitorului.-Tensiunea din circuitul colectorului, Uc, controleazputerea electric disipatpe rezistorul R. Dac Uc>Ue,tranzistorul funcioneaz ca amplificator de tensiune.

fizica -teorie.doc

Documents