Міністерство освіти І науки україни полтавський державний педагогічний університет




Сторінка14/34
Дата конвертації02.12.2016
Розмір5.09 Kb.
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   34

Полтавський державний педагогічний університет імені В.Г. Короленка, 15 травня 2008 р.
Перевірити це можна порівнянням зображення реальної річки на картах зроблених в різні періоди. Нарис зображена річка Ворскла водному і тому ж місці (поблизу міста Охтирка) в різні роки. Форма русла річки багато в чому визначається рельєфом місцевості. Річка, що тече по нерівній місцевості, вигинається таким чином, щоб уникнути високих місць і заповнити низини, вибирає шлях з максимальним нахилом. Тому проміжок потрібно вибрати з максимальним врахуванням факторів, що можуть вплинути на форму русла (рельєф, однорідність ґрунту, обертання Землі, антропогенний вплив та ін.). Можемо спостерігати, як змінилась форма русла та збільшились вигини. Таким чином, навіть невеликий початковий вигин, що виникає випадково (наприклад внаслідок обвалу, падіння дерева і т.п.), буде з часом збільшуватися. Прямолінійна течія річки по однорідній рівнині є нестійкою. Можна помітити, що на рівнинах річки, як правило, мають викривлене русло. Описана вище нестійкість прямолінійної течії річки приводить до збільшення довжини річки, і річка починає викривлюватись. Природно думати, що в ідеальному випадку (абсолютно рівна однорідна місцевість) повинна виникнути періодична крива. Яка її форма Русла річок, що течуть по рівнинах, на згинах повинні набувати форму зігнутої лінійки (як Рис. Рис. Рис. Рис. Карта 2007 року.
Карта 1860 року.
Рис. 3


Звітна наукова конференція викладачів, аспірантів, магістрантів і студентів фізико-математичного факультету
117
на рис. 5). Такий пружний згин називають ейлеревим згином. Ейлерева крива з усіх кривих заданої довжини, що з’єднують точки, в середньому найменше зігнута. Якщо вимірювати кутові відхилення θ (див. рис. 4) через рівні відстані вздовж довжини кривої і знайти суму квадратів кутових відхилень, то для ейлеревої кривої ця сума буде мінімальною. Такий економний вигин ейлеревої кривої і став основою для гіпотези проформу русел річок. Геологи моделювали процес зміни русла річки в штучному каналі, прокладеному в однорідному середовищі, яке було зроблене із дрібних частинок, що слабко скріплені між собою і тому досить легко піддавалися ерозії. Дуже швидко прямолінійний канал починав викривлятися, до того ж форма вигинів описувалася саме ейлеревою кривою (рис. 5). Звичайно, в реальних умовах такої ідеальності в формі русла річок не спостерігається (наприклад, із-за неоднорідності ґрунту). Алена рівнинах річки звичайно викривляються і утворюють періодичну структуру. Нарис показано русло реальної річки і штриховою лінією позначені ейлереві криві, найбільш близькі до її форми. Аналогічно русло річки Ворскла поблизу міста Охтирка (рис. 7) має форму близьку до Ейлеревої кривої. Періодичні вигини русла називають меандрами. Походження цього терміну зв’язано з давньогрецькою назвою Меандр відомої своїми викривленнями річки в Туреччині (сучасна назва річки – Великий Мендерес). Відомо, що скільки б річок не впадали в озеро, витікає із нього, як правило, лише одна. Для того, щоб із озера могли витікати одночасно дві річки, необхідно, щоб їх русла біля витоку знаходилися точно на однаковій висоті. Таке явище називається біфуркація (явище доволі рідкісне. Аналогічне явище відбувається з течією річки річки часто зливаються, а роздвоєння річки спостерігається досить рідко. На картах (рис. 8) видно, що кількість роздвоєнь русла зменшилась, хоч загальна повноводність річки збереглась. Тобто, можна зробити висновок, що в загальному описані теоретичні явища виконуються стосовно даного проміжку річки.


Рис. 8 Карта 1860 року. Карта 2007 рік


Полтавський державний педагогічний університет імені В.Г. Короленка, 15 травня 2008 р.

118
Література
1. Асламазов Л. Г, Варламов А. А. Удивительная физика. – М Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит., 1987. – 160 с.
2. Ферри Эрвин С. Прикладная гидродинамика. / Перс англ. Т. Н. Щипановой. – МЛ ОНТИ, Гл. ред. Авиац. лит., 1936. – 236 с.
3. Ландау Л. Д, Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. В ти т. Т. Гидродинамика:
Учеб. пособие. – М Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. – 248 с.
4. Карякин Н. И, Быстров К. Н, Киреев П. С. Краткий справочник по физике /
Ред. Страховський Г. ММ Высшая школа, 1963. – 560 с.

Оптичні властивості напівпровідників

Яна Чорна
Енергетичні щілини більшості напівпровідників охоплюють діапазон енергій від нуля до приблизно 6 еВ. Фотони, що володіють достатньою енергією, можуть збуджувати електрони із заповненої валентної зони впорожні зони провідності. Внаслідок цього оптичні спектри напівпровідників є джерелом багатої інформації про їхні електронні властивості. Оптичні властивості є основою багатьох важливих застосувань напівпровідників, таких як лазери, світлодіоди й фотоприймачі. Зі структурою енергетичних зон напівпровідників пов’язаний механізм поглинання ними світла. Самим характерним для напівпровідників процесом поглинання є власне поглинання, коли один з електронів валентної зони із квазіімпульсом
р
, поглинаючи квант світла, переходить в незаповнену зону провідності із квазіімпульсом
р
. При цьому енергія фотона







/
2
с

(

– частота світла,

– його довжина хвилі) пов'язана з енергіями електрона в початковому Е
п
і кінцевому Е
к

станах співвідношенням
 
 
p
E
p
E
п
k





,
(1) а для квазіімпульсів має місце закон збереження, аналогічний закону збереження імпульсу
p
q
p
p





, (2) забороненої зони
E

(мінімальна енергія квантів


=
E

називається порогом де
q
– хвильовий вектор фотона. Імпульс фотона
q
малий в порівнянні із квазіімпульсами електронів. Тому справедлива наближена рівність
p
p


Власне поглинання світла неможливо при енергії фотона


, меншої ширини забороненої зони
Е

(мінімальна енергія квантів, що поглинаються
Е




, називається порогом поглинання. Це означає, що для довжин хвиль
Е
с
р
макс



/
2



(3)


Звітна наукова конференція викладачів, аспірантів, магістрантів і студентів фізико-математичного факультету
119
чистий напівпровідник прозорий. Тобто мінімальна енергія квантів, що поглинаються даним напівпровідником, може бути більше
E

, якщо границі зони провідності E
c
і валентної зони
U
Е
відповідають різним
p
. Перехід між ними не задовольняє вимозі
p
p


, у результаті чого поглинання починається з більших


, тобто збільш коротких довжин хвиль (для Ge переходив Г-мінімум зони провідності, див. рис Однак переходи, для яких
p
p


, все-таки можливі, якщо електрон, поглинаючи квант світла, одночасно поглинає або випускає фонон. Якщо частота фонона
k

, а імпульс дорівнює
p
p


, то закон збереження енергії має вигляд
 
 
k
n
k
p
E
p
E








(4) Так як енергії фононів малі (
k


10
-2
еВ) в порівнянні з
E

, то їхній внесок в (4) малий. Оптичні переходи, у яких електрон істотно змінює свій квазіімпульс, називаються непрямими, на відміну від прямих, що задовольняють умові
p
p


. Необхідність випущення або поглинання фонона робить непрямі переходи значно менш ймовірними, ніж прямі. Тому показник поглинання світла п, зумовлений непрямими переходами, порядку 10 3
см
-1
, в той час як в області прямих переходів показник поглинання досягає 10 5
см
-1
. Проте в усіх напівпровідниках, де границі зони провідності й валентної зони відповідають різним
p
, є область

поблизу
макс

, де спостерігаються тільки непрямі переходи Показник поглинання світла в напівпровідниках визначається добутком ймовірності поглинання фотона кожним електроном на число електронів, здатних поглинати кванти даної енергії. Тому вивчення частотної залежності показника поглинання дає відомості про розподіл щільності електронних станів у зонах. Так, поблизу границі поглинання у випадку прямих переходів показник поглинання пропорційний щільності станів
п
 
E
E
g





Наявність у спектрі поглинання напівпровідників широких і інтенсивних смуг в області,


порядку

E показує, що велика кількість валентних електронів слабо зв'язані. Так як слабкий зв'язок легко деформується зовнішнім електричним полем, то це зумовлює високу поляризацію кристала. І дійсно, для багатьох напівпровідників Рис. 1. Схема енергетичних зон Ge;
E — ширина забороненої зони,
L, Г и D — три мінімуми залежності р) в зоні провідності вздовж осей [100] (
 и Г) и [111]
(L).


Полтавський державний педагогічний університет імені В.Г. Короленка, 15 травня 2008 р.
алмазоподібні, A
IV
B
VI
і ін.) характерні більші значення діелектричної
проникності

. Таку, в GaAs

= 11, в PbTe

= 30. Завдяки більшим значенням

кулонівська взаємодія заряджених частинок, зокрема електронів і дірок, одна з одною або із зарядженими домішками, сильно послаблена, якщо вони перебувають одна від одної на відстані, що перевищує розміри елементарної комірки, що й дозволяє в багатьох випадках розглядати рух кожного носія незалежно від інших. Інакше, вільні носії струму мали б тенденцію утворювати комплекси, що складаються з електрона й дірки або зарядженої домішкової частинки з енергіями зв'язку
10 еВ. Розірвати ці зв'язки за рахунок теплового руху, щоб одержати помітну електропровідність при температурах
300 К, було б практично неможливо. Однак попарне зв'язування електронів і дірок у комплекси все-таки відбувається, але зв'язок цей слабкий (Е
св

10
-2
еВ) і легко руйнується тепловим рухом. Такі зв'язані стани електрона й дірки в напівпровідниках, називаються екситонами, проявляються в спектрах поглинання у вигляді вузьких ліній, зміщених на величину Е
св
від границі поглинання вбік енергій, менших енергій фотона. Екситони утворюються, коли електрон, що поглинув квант світла й залишив дірку на своєму місці у валентній зоні, не йде від цієї дірки, а залишається поблизу неї, утримуючись кулонівським притяганням. Прозорість напівпровідників у вузькій області частот поблизу границі власного поглинання можна змінювати за допомогою зовнішніх магнітних і електричних полів. Електричне поле, прискорюючи електрони, може в процесі оптичного переходу передати йому додаткову енергію незначну, бо час переходу дуже малий, у результаті чого стають можливими переходи з валентної зони в зону поглинання замість плавної залежності
n

Е








(6) приймає вигляд вузьких піків провідності під дією квантів з енергією, трохи меншою

E. Чітка границя області власного поглинання напівпровідників при цьому дещо розмивається й зміщується в область менших частот
Будь-який підхід до вивчення напівпровідників приведе до кращого розуміння їхніх властивостей ідо появи нових матеріалів. Це необхідно, оскільки
існуюча теорія неадекватна, а число досліджених напівпровідників все ще вкрай незначне.
Література
1. Зеегер К. Физика полупроводников – М МИР, 1977. – 607 с.
2. Избранные труды. Иоффе А. Ф. Том II. Излучение. Электроны. Полупроводники. – Л Наука, 1975. – 471 с.
3. Кардона М. Основы физики полупроводников / Перс англ. И. И. Решиной. Под ред. Б. П. Захарчени. – е изд. – М ФИЗМАТЛИТ, 2002. – 560 с.


Звітна наукова конференція викладачів, аспірантів, магістрантів і студентів фізико-математичного факультету
121

Дослідження в’язкості і густини силоксанів
в інтервалі температур 293–363 К
Дмитро Корнійко, Володимир Савісько, Олександр Руденко
У сучасній молекулярній фізиці одним із актуальних питань є дослідження зв’язку фізичних властивостей, зокрема в’язкості з її молекулярною структурою. Встановлення якісного зв’язку між в’язкістю рідини і молекулярної структури представляє інтерес для побудови теорії в’язкості рідин. Метою даної роботи є дослідження фізичних властивостей кремнійорганічних сполук (силоксанів) з метильними і етильними радикалами у зв’язку з їх молекулярною будовою в рідкому стані. Синтез їх описаний в літературі [1].
Силоксани широко застосовують у промисловості як діелектрики, мастила, теплоносії, гідрофобізуючі рідини і т. ін. Кремнійорганічні з’єднання – це ланцюги молекул, котрі складаються із чергуючих атомів і бічних органічних груп. Силоксани – рідини без кольору і без запаху, не розчиняються вводі. Фізичні властивості кремнійорганічних рідин безпосередньо пов’язані, головним чином, з їх хімічним складом і структурою ланцюгів молекул, де атоми кремнію частіше всього зв'язані з атомами кисню, і зокрема з тим, щосили міжмолекулярної взаємодії в полісилоксанових рідинах значно слабкіші, ніж в вуглеводних. Великий об’єм атома кремнію в порівнянні з атомами вуглецю забезпечує велику рухомість зв’язаних з ним органічних груп (СН
3
, С
2
Н
5
та ін.) і гнучкістю ланцюгів молекул полісилоксанів. Дана робота присвячена вимірюванню густини ρ, коефіцієнта кінематичної в’язкості

ПМФС – 4 (поліметилфенілсилоксану-4) в інтервалі температур 293–363 К. Густину

вимірювали пікнометричним методом з похибкою 0,05%. Кінематичну в’язкість вимірювали замкнутим капілярним віскозиметром спеціальної конструкції з похибкою 0,5%. Температуру визначали ручним термометром з точністю ±0,1%.
Термостатуючими рідинами були дистильована вода і гліцерин при відповідних температурах [2]. Отримані результати густини

, кінематичної в’язкості

і зсувної в’язкості наведені в таблиці 1. Як відомо, густина тісно пов’язана із структурою речовини. У рідкому стані структуру речовини можна характеризувати в першому наближенні числом найближчих сусідів і найбільш імовірною відстанню


Полтавський державний педагогічний університет імені В.Г. Короленка, 15 травня 2008 р.
між частинками. Відомо, що число найближчих сусідів Z і густина

при плавленні тіла змінюються аналогічно зі зменшенням Z зменшується і

; зі зщільненням структури, із збільшенням Z зростає

Таблиця 1
Температура, К
ПМФС-4 293 303 313 323 333 343 353 363
ρ, кг/м
3 1116,9 1105,1 1095,3 1086,0 1076,5 1067,3 1059,9 1051,5 6
10


, мс
632,1 335,7 199,0 126,9 88,1 64,0 58,3 38,1 3
10

s

, Пас Виходячи з елементарних міркувань, можна показати, що для рідині пов’язані простим співвідношенням
3 1
(
)
Z
AR
B
 




(1) де А і В – сталі величини для рідин (А = 6,2; В = 2,5); R – найбільш імовірна відстань між частинками,

– молекулярна вага. Співвідношення (1) справедливе для сферично-симетричних частинок. Результати розрахунків для скраплених інертних газів, а також масел задовільні. У силоксанах мала величина міжмолекулярних сил обумовлює в порівнянні з вуглеводнями низької молекулярної маси низьку температуру кипіння, малу в’язкість і температуру випаровування.
Література
1. Андрианов К. А. Кремнийорганические соединения. – М Госхимиздат, 1955.
2. Руденко О. П, Сперкач B. C. Експериментальні методи визначення поглинання звуку в рідинах Методичні рекомендації для студ. фізичних спеціальностей. – Полтава, 1992. – 168 с.
3. Голик О. З, Чолпан П. П. // Укр. фіз. журнал. – 1962. – Т. 7, №5.

Дослідження вентильних фотоелементів
Інна Бережна

Вентильні фотоелементи були відкриті і досліджені Ланге. Вентильний фотоелемент являє собою систему, яка складається із напівпровідника і двох тонких металевих електродів. При опроміненні одного із електродів світлом в системі виникає електрорушійна сила, яка при малих інтенсивностях світла пропорційна інтенсивності освітлення. Уже перші дослідження, проведені Ланге, показали, що така система чутлива в інфрачервоній області спектру, при цьому ефективність фотоелемента значно вища, ніжу звичайного вакуумного фотоелемента. В перших експериментах Ланге електрод, який освітлювався, завжди був заряджений позитивно, але подальші дослідження, проведені Шотткі і


Звітна наукова конференція викладачів, аспірантів, магістрантів і студентів фізико-математичного факультету
123
Рис. 2 Рис. 1
Думе, показали, що в деяких випадках освітлений електрод може бути заряджений негативно. Тоді в німецькій науковій фізичній літературі з’явився ряд теоретичних тлумачень понять “застінний ефекті
“передстінний ефект, які відповідають позитивному і негативному знакам заряду електрона, опроміненого світлом. Уявлення про фотоефект на границі між металом і напівпровідником, введене
Шотткі є загальновизнаною точкою зору. По
Шотткі, фотострум завжди іде в напрямку від напівпровідника до прилеглого металевого шару. Застінний і передстінний ефекти зумовлені інтенсивністю освітлення того чи іншого електрода, а також умовами контакту на межі метал-напівпровідник. Останнє твердження очевидне, оскільки непрозорі напівпровідники ніколи не можуть мати застінний ефект, пов’язаний, згідно теорії Шотткі, з фотоефектом в нижньому електроді. Хоча теорія
Шотткі отримала визнання, вона не наводила ніяких кількісних закономірностей, які можна було перевірити експериментально. Не було нічого відомо про спектральний розподіл чутливості фотоелементів із запірним шаром. Тому саме над цим питанням почав працювати І. В. Курчатов.
Хімічночистий напівпровідник Cu
2
S спресували в таблетку, на яку методом катодного розпилення був нанесений тонкий шар платини. Спосіб розміщення виготовленого зразка у вимірювальній установці показаний нарис. В якості джерела світла використовували кінолампу, світло якої фокусували з допомогою лінз. Вимірювання струму при опроміненні фотоелемента світлом здійснювали з допомогою гальванометра Молля, чутливість якого становила А, а внутрішній опір 50 Ом. Уже перші експерименти показали, що сила струму, що проходить через дану систему, залежить від тривалості опромінення. Ця залежність показана нарис. Початок опромінення фотоелемента було прийнято за t = 0; після увімкнення джерела світла в колі виник струм, який на протязі 5хв досяг максимуму як видно з рисунка, сила струму потім поступово падала, асимптотично наближаючись до певного значення. В момент часу t´
опромінення світлом припиняли, при цьому струм змінював свій напрям,


Полтавський державний педагогічний університет імені В.Г. Короленка, 15 травня 2008 р.
досягав ще раз максимального значення приблизно через 5 хв після вимкнення джерела світла, а потім через 100-150 спадав до нуля. Для того, щоб дослідити, чи не пов’язана ця зміна сили стуму з процесами електролізу, Курчатов провів наступні експерименти виміряв струм через деякий проміжок часу після початку опромінення, при цьому електричне коло замикали лише в процесі вимірювання, на відміну від попередніх дослідів, в яких це коло весь час було замкнене через гальванометр. Результати цього експерименту позначені нарис хрестиками, як видно точно збігаються з попередньою кривою. Цей факт говорить проте, що виявлена зміна сили струму на протязі деякого визначеного проміжку часу ніяким чином не пов’язана з процесом проходження струму як таким. В якості пояснення таких явищ можна висунути припущення про виникнення термоелектрорушійної сили, зумовленої великим нагрівом верхньої пластини. Зменшення з часом сили струму можна пояснити поступовим нагрівом нижнього електрода, відвід теплоти від якого, як видно з рис. 1, відносно малий. Знак термоелектрорушійної сили при опроміненні світлом верхнього електрода співпадає в досліджуваній системі зі знаком електрорушійної сили, яка виникає в системі при опроміненні світлом того ж електрода. При поліпшенні тепловідводу від опроміненого електрода форма кривих змінюється. Нарис показано зміну положення досліджуваного зразка залежність сили струму від часу зображена нарис. Завдяки кращій теплопровідності в цих експериментах ужене було виявлено ніякої зміни напрямку струму за відповідні проміжки часу крива струму асимптотично наближалася до максимального значення і не змінювала знаку. Для того, щоб ще більше підтвердити правильність зазначеного вище пояснення процесів, що виникають при опроміненні світлом пластини Cu
2
S, Курчатов спробував хоча б приблизно виміряти розподіл чутливості цього фотоелемента. Світло пропускали через ряд світлофільтрів, використовуючи їх або по-одному, або в різних комбінаціях при цьому визначалося максимальне значення сили струму рис. 4), після чого на місце досліджуваного зразка установили стовпець
Молля і виміряли енергію світлового пучка, що проходить через світлофільтри. Результати даних досліджень наведені в таблиці.


Звітна наукова конференція викладачів, аспірантів, магістрантів і студентів фізико-математичного факультету
125
Фільтр
Cu
2
S Термоелектричний Стовпчик
Cu
2
S|Термоелектрич. стовпчик Біле світло 93 109 0,85 Червоний
61 75 0,83 Блакитний
46 57 0,53 Блакитний і червоний
38 42 0,90 Вода в скляному посуді
32 35 0,91 Вода і червоний фільтр
20 21,5 0,93 Як видно зданої таблиці, електрорушійна сила, що виникає в досліджуваному фотоелементі, пропорційна енергії світлового пучка, що можна було сподіватися, якщо брати до уваги наведене вище пояснення. Виявлена залежність показує різницю між досліджуваним фотоелементом
(Cu
2
S) і фотоелементами на основі Cu
2
О і селена, які були досліджені
Ланге і Шотткі. Останні фотоелементи, тобто Cu
2
О і селен, можна вважати безінерціальними, що вказує на інший механізм виникнення електрорушійної сили в них при опроміненні світлом.

Література
1. Курчатов И. В. Избраные труди / Под ред. А. П. Александрова. – Мс. Храмов Ю. А. Физики: Биографический справочник. – М Наука, 1983. – 400 с.

Порівняльні характеристики деяких традиційних
і альтернативних джерел енергії і стан їх розвитку
в Україні

Олексій Мірченко, Сергій Скриль

Людству потрібна енергія, причому потреби в ній збільшуються з кожним роком. Разом з тим запаси традиційних природних палив – нафти, вугілля, газу скінченні, скінченні також і запаси ядерного палива – урану, торію, з якого можна одержувати в реакторах-розмножувачах плутоній. Практично невичерпні запаси термоядерного палива – водню, проте керовані термоядерні реакції поки-що неосвоєні і невідомо, коли вони будуть використані для промислового отримання енергії в чистому вигляді, тобто без участі в цьому процесі реакторів розподілу. Залишаються два шляхи економія при витрачанні енергоресурсів і використання нетрадиційних відновлюваних джерел енергії. Якщо говорити про один із найбільш загальних для економіки кожної країни показників енергоефективності – енергоємність валового внутрішнього продукту (ВВП, яка визначається як обсяг споживання



Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   34


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал