물리1 - 물질과 자기장(물질의 전기적 특성)

원자와 전기력

1 원자
1. 전자의 발견

(1) 톰슨원자모형:양(+) 전하를 띠는 물질로 채워진 원자에 음(- ) 전하를 띠는 전자들이 띄엄띄엄 박혀있는 원자모형(푸딩에 건포도가 박혀있는 모형)
(2) 전자의 전하량(e): 기본전하량이며, 1.60x10 PC이다.
( 3) 원화의 질량: 9,11x10(-31) g이다

음극선
유리관에도 전극을 넣고 진공상태에 가깝게만 든 후 유 도 코일 장 치 에높 은 전 압을 걸어 주면 (-) 극에서(+) 극으로 향하는 밝은 선이 보인다.
당시에 는 이 를( - ) 극에 서 발 생 하 므로 음 극 선 이 라 고하 였다.



2. 원자핵의 발견

러더퍼드원자모형: 원자의 중심에는 양(+) 전하를 된 원자핵이 있고, 그 주위에 음(- ) 전하를 된 전자가 있는 원자모형
1) 전기력에 의해 전자는 원자핵주위를 빠르게 돌고 있기 때문에 원 자의구 조가 유지된다.
2) 원 자 의 내 부 는 대 부 분 전 자 가 운 동 하 는 빈 공 간 이 다.


러 더 퍼 드 원 자 모 형의 문 제 점
1) 원자의 안정성: 러더퍼드모형에 따르면 가속운동하는 전하는 외부로 전자기파를 방출하므로 전자는 에너지를 잃고 원자핵과
충돌해야 하지만 실제로 그렇지 않다.
2) 원자가방출하는 불연속적 인선스펙트럼을 설명하지 못하였다.


3. 원자의 구성입자

전기력
1. 기본 용어
(1) 전하 : 전기적인 현상을 일으 키는 원인으로 , 양( +) 전하와 음( - ) 전하가 있다.
(2) 전하량: 물체가 떠는 전하의 양으로, 단위는 C( 쿨롬)을사용한다.
(3) 마찰전기: 서로 다른 두 물체의 마찰에 의해 발생하는 전기
(4) 대전: 전자의 이동에 의해 물체가 전기를 띠는 현상으로, 대전된 물체를 대전체라고 한다.


2. 전기력:전하를 딴 물체사이에 작용하는 힘
(1) 종류
1) 인력:다른 종류의 전하사이에서 서로 끌어당기는 힘
2) 척력: 같은 종류의 전하사이에서 서로 밀어내는 힘

쿨롱법칙
1)두전하사이에작용하는전기력의크기P는두전하량91.92의곱에비례하고, 거리의 제 곱에 반비례한다.
2) 두대전체사이에 작용하는 전기력은 F>0 이면척력, F <0 이면인력이다.

원자에 속박된 전자
( 1 ) 전 기 력 과 원 자 의 안 정 성
1)양 ( + ) 전 하 를 띠는 원 자 핵과 음 ( - ) 전 하 를 띠는 전 자 사 이 에 는전기적인력이작용한다.
2)러 더 퍼 드의 주 장 : 전 자에 전 기 력 이 구 심 력 으 로 작 용 하 여 원 자 주위를 빠르게 원운동 한다. (원자의 구조가 유지된다.)
3) 전자와 원자핵 사이에 작용하는 중력은 전기력에 비해 매우 작 아서무시할 수 있다.

(2) 원자에 속 박된 전자의 에너지: 원자에 속박된 전자는 원자핵을 중심을 로깊은 깔때기에 갇힌 것처럼 원운동 하는 것으로 비유할 수 있다.
1) 원자핵으로부터 무한히 먼 곳에 정지해 있는 전자의 역학적 에너지를 0으로 하면, 원자에 속박된 전자의 역학적 에너지는 0보다 작다.
2) 원자핵에서 멀어질수록 전자의 역학적 에너지가 증가한다.
3) 전 자 의 역 학 적에 너 지 가 0 보 다 커 지 면 전 자는 원 자에 서 분 리 되어 자 유 롭 게 운 동 하 게 된 다.

원자스펙트럼

1. 스 펙 트럼
(1) 스펙트럼: 광원에서 나온 빛을 분광기에 통과시킬 때빛이 파장에 따라 나누어져 나타나는 색 의띠

1. 보어원자모형
(1) 제1 가설 -양자조건- 원자의 안정성문제해결
1) 원자 내 전자는 특정한 궤도에서 특정한 에너지를 가진 채원자핵을 중심으로 돌고 있으며 에너지를 방출하지 않는다
2) 궤도와 양자수: 원자핵에서 가장 가까운 궤도부터 n=1,2. 3....라고하며, n을 양자수라고 한다.
3) 에너지양자화:원자 내 전자의 에너지는 불연속적이고, 양자수와 관련된 특정한 에너지값을 가진다.
4) 에너지준위: 원자 내 전자가 가지는 에너지값으로, 양자수가 커질수록 에너지준위도 높아진다.
•바닥상태: 전자들이 낮은 에너지준위에 있어 가장 안정적인 상태
•들뜬상태: 바닥상태의 전자가 에너지를 흡수하여 높은 에너지준위로 이동한 상태


(2) 제2 가설- 진동수조건

1) 전자의전이: 전자가 에너지준위사이를 이동( 전이)할 때, E = hf 두에 너지 준위의 차이에 해당하는 에너지를 흡수하거나 방출한다.
2) 에너지흡수: 전자가 낮은 에너지준위에서 높은 에너지준위로 전이
3) 에너지방출: 전자가 높은 에너지준위에서 낮은 에너지준위로 전이

2. 수소의 선 스펙트럼
(1) 수소원자의 에너지준위: 수소원자 내의 전자가 양자수 1에 따라가질 수 있는 에너지값

에너지띠와 반도체

1.기체원자의에너지준위: 기체는원자간의거리가멀어서원자간영향을받지않아같은종 류기체원자는에너지준위 분포가 같다

2. 고체원자의에너지준위: 원자간의거리가가까워서인접한원자들의에너지준위가겹치게 된다

1. 고체의전기전도성과에너지띠의구조
(1)자유 전자와 양공
1)자유전자: 원자가띠에서에너지를얻고전도띠로 전이되어 자유롭게움직일 수있는 전자

2. 양공
•전자가전이하여생기는원자가띠의빈자리
•이웃한전자가채워지면서움직일 수있으므로양
(+) 전하의 성질을 된다.

2. 전기전도도
(1)비저항:일정한온도에서물체의저항R는물체의길이1에비례하고, 단면적S에반비례 하며, 물질마다고유한비저항p에비례한다

1 . 순 수 ( 고 유 ) 반 도 체 : 원 자 가 전 자 가 4 개 인 원 소 (규소 (Si), 저마늄(Ge) 등)로 구성된반도체

2.불순물반도체(비고유반도체) :순수반도체에다른 물질을넣어 전기전도성을 증가시킨반도체

1)도핑: 순수반도체에특정한불순물을첨가하는과정

4 다이오드
1. P-n접합다이오드
(1) p- n 접합다이오드: p형반도체와n형반 도체를접합한다이오드
(2) 구조와 기호