Physik TB3 an der Universität Düsseldorf

Karteikarten und Zusammenfassungen für Physik TB3 an der Universität Düsseldorf

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Ohmsches Gesetz

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In welche Richtungen bewegen sich negativ geladene Teilchen und positiv geladene Teilchen im elektrischen Feld?

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Dotierung von Halbleitern

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Ladungstransport in Elektrolyten

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Ladungstransport in Gasen

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Wovon hängt der Widerstand eines Leiters ab?

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Ladungstransport in Plasmen

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Ladungstransport in Metallen

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Transportierte Ladungsmenge bei konstantem Strom I

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Spannungsabfall

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Ladungstransport in Isolatoren

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Ladungstransport in Halbleitern

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Physik TB3

Ohmsches Gesetz

U = R ⋅ I

Bewegung der Ladungsträger ist getrieben durch eine Spannung U

Ist der Widerstand R hierbei konstant, hängt also nicht vom  Strom I ab, so handelt es sich um einen Ohmschen Widerstand

An einem Ohmschen Widerstand sind Strom und Spannung damit proportional

Physik TB3

In welche Richtungen bewegen sich negativ geladene Teilchen und positiv geladene Teilchen im elektrischen Feld?

In gegensätzliche Richtungen

Positiv: Mit der Feldrichtung

Negativ: Gegen die Feldrichtung

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Dotierung von Halbleitern

Um die Konzentration freier Ladungsträger zu erhöhen, kann man Halbleiter gezielt verunreinigen (Dotierung)


n-Leiter: mit fünfwertigen Atomen dotierte Halbleiter. Der Ladungstransport geschieht durch Elektronen (ein Elektron zu viel)


p-Leiter: Mit dreiwertigen Atomen dotierte Halbleiter. Der Ladungstransport geschieht durch Defektelektronen, Löcher (ein Elektron zu wenig)

Physik TB3

Ladungstransport in Elektrolyten

Elektrolyte sind wässrige Lösungen mit frei beweglichen positiven und negativen Ionen

Die Leitfähigkeit von Elektrolyten hängt von der Ionenkonzentration und der Beweglichkeit der Ionen ab

Physik TB3

Ladungstransport in Gasen

Gase sind zunächst isolierend

Da aber stets eine Anzahl an Ionen vorhanden ist (Höhenstrahlung, natürliche Radioaktivität), kann es in elektrischen Feldern zu Lawinenprozessen und zu einem Durchschlag kommen --> dann gute Leitfähigkeit

Physik TB3

Wovon hängt der Widerstand eines Leiters ab?

Von seinem Material und von seiner Geometrie

Physik TB3

Ladungstransport in Plasmen

Ein Plasma enthält viele freie Ladungsträger und ist somit ein guter Leiter

Physik TB3

Ladungstransport in Metallen

Metalle besitzen eine hohe elektrische Leitfähigkeit

Die Valenzelektronen sind frei beweglich, sie bilden ein „Elektronengas“

Widerstand wird hervorgerufen durch Stöße der Elektronen an Gitterbaufehlern und Gitterschwingungen

Metalle sind Kaltleiter, da die Gitterschwingungen mit steigender Temperatur zunehmen (und somit auch der Widerstand)

Physik TB3

Transportierte Ladungsmenge bei konstantem Strom I

Q = I * ∆t

Physik TB3

Spannungsabfall

Trennt man ungleichnamige Ladungen, entsteht eine Potentialdifferenz, also eine Spannung, zwischen den Orten, an denen sich die Ladungen im Anschluss befinden

Für die Ladungstrennung musste Energie aufgewandt werden

Fließt nun ein Strom I auf Grund dieser Spannung U durch einen Leiter mit Widerstand R, um die gespeicherte Energie wieder freizusetzen, so bezeichnet man U = R ⋅ I als Spannungsabfall

Physik TB3

Ladungstransport in Isolatoren

In Isolatoren gibt es keine freien Ladungsträger

Die isolierende Eigenschaft kann durch lawinenartiges Auftreten von Ladungsträgern/hohe Spannung (Durchschlag) oder durch Oberflächenleitung (Feuchtigkeit) verloren gehen

Physik TB3

Ladungstransport in Halbleitern

Halbleiter sind Elemente der 4. Hauptgruppe: z.B. Si, Ge oder 3-5 - Verbindungen wie GaAs, InSb

Die Valenzelektronen sind nur sehr schwach gebunden und können thermisch oder durch Licht angeregt („befreit“) werden

Der spezifische Widerstand wird mit steigender Temperatur niedriger --> Heißleiter

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