Пространственный заряд


Пространственный заряд

Пространственный заряд — распределенный нескомпенсированный электрический заряд одного знака. Пространственные заряды возникают в вакуумных и газоразрядных лампах в пространстве между электродами, а также в неоднородных областях полупроводниковых приборов, и сильно влияют на прохождение тока через эти области, приводя к нелинейным вольт-амперным характеристикам таких приборов.

Примеры

Например, в вакуумном диоде при протекании тока между катодом и анодом в промежутке между ними существует определенная концентрация электронов, имеющих отрицательный заряд. Одновременно в этой области нет положительно заряженных ионов, а потому образуется отрицательно заряженное электронное облако. Это облако препятствует эмиссии электронов из катода.

Пространственные заряды возникают также в полупроводниковых диодах в области p-n-перехода. Электроны из полупроводника n-типа в области такого перехода диффундируют в полупроводник p-типа, где рекомбинируют с дырками. Аналогично, дырки диффундируют из полупроводника p-типа в полупроводник n-типа, где рекомбинируют с электронами. Как следствие, вокруг p-n-перехода возникают области с нехваткой электронов и области с избытком электронов, соответственно положительно и отрицательно заряженные. В области полупроводника n-типа с нехваткой электронов, положительный заряд создается донорами, а в области p-типа с избытком отрицательный заряд создается акцепторами, на которые электроны захватываются.

Электрическое поле в области пространственного заряда

Скомпенсированные электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле. Поэтому области пространственного заряда являются одновременно областями неоднородного электрического поля. Такая ситуация в корне отличается от случая протекания электрического тока в однородных проводниках или полупроводниках. При протекании электрического тока через однородное вещество, в каждой точке этого вещества сохраняется электрическая нейтральность, а электрическое поле остается равномерным. В области пространственного заряда электрическое поле неоднородно. Обычно на эти области приходится основная часть падения напряжения при протекании тока.

Ограниченный пространственным зарядом ток

Электрический ток в вакуумном диоде вследствие неоднородности электрического поля в области пространственного заряда нелинейно зависит от напряжения между электродами.

 j = C V^{3/2} \,,

где j — плотность тока , V — напряжение, а C — коэффициент, зависящий от формы электродов. Для плоских электродов

 C = \frac{1}{9\pi L^2} \sqrt{\frac{2e}{m}} .

Здесь L — расстояние между электродами, e — заряд электрона, m — масса электрона.

Эта зависимость носит название закона Чайльда — Ленгмюра.

Таким образом, вольт-амперная характеристика вакуумного диода существенно нелинейная. При малых напряжениях между электродами пространственный заряд сильно препятствует прохождению тока. Увеличение напряжения приводит к растяжению области пространственного заряда, а потому ток растет быстрее, чем по линейному закону.


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Пространственный заряд" в других словарях:

  • ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ЗАРЯД — (объемный заряд), электрич. заряд, рассредоточенный по нек рому объёму. П. з. определяет пространств. распределение электрич. потенциала и напряжённости электрич. поля. Для возникновения П. з. концентрации положит. и отрицат. носителей заряда… …   Физическая энциклопедия

  • ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ЗАРЯД — (3) …   Большая политехническая энциклопедия

  • ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ЗАРЯД — (объемный заряд) суммарный электрический заряд свободных электронов и ионов в газе или вакууме. Появление пространственного заряда обычно связано с прохождением электрического тока …   Большой Энциклопедический словарь

  • пространственный заряд — объёмный заряд — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы объёмный заряд EN space chargespatial… …   Справочник технического переводчика

  • пространственный заряд — (объёмный заряд), электрический заряд, распределённый по некоторому объёму так, что его плотность конечна. Возникновение пространственного заряда обычно связано с прохождением электрического тока. * * * ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ЗАРЯД ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ… …   Энциклопедический словарь

  • пространственный заряд — erdvinis krūvis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektros krūvis, pasiskirstęs tam tikrame vakuumo, dujų, kietojo kūno ar kitokios terpės tūryje. atitikmenys: angl. space charge; volume charge; volumetric charge vok.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • пространственный заряд — erdvinis krūvis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Erdviniu krūvio tankiu apibūdinamas (elektros) krūvis. atitikmenys: angl. space charge; volume charge; volumetric charge vok. Raumladung, f; Volumenladung, f; Volumladung …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • пространственный заряд — erdvinis krūvis statusas T sritis chemija apibrėžtis Laisvųjų krūvininkų el. krūvis erdvėje. atitikmenys: angl. space charge rus. объемный заряд; пространственный заряд …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • пространственный заряд — erdvinis krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. space charge vok. Raumladung, f rus. пространственный заряд, m pranc. charge d’espace, f; charge spatiale, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Пространственный заряд —         объёмный заряд, электрический заряд, рассредоточенный по некоторому объёму. П. з. определяет пространственное распределение электрического Потенциала и напряжённости электрического поля (См. Напряжённость электрического поля). Для… …   Большая советская энциклопедия