“Medžiagų mokslo įvado”Egzamino kontroliniai klausimai2007 01 17 d.
1. Pagrindinės medžiagų elektrinės savybės.Elektros sroves stipris, varza, elektrinis laidumas.2. Kas yra elektrono judris ir kaip jis susijęs su medžiagos elektriniu laidumu. Judris yra lygus vienetinio stiprio elektriniame lauke igytam kruvininku dreifo greiciui.3. Kodėl metalų elektrinis laidumas yra didelis, o dielektrikų – mažas.Srove metaluose pernesa laisvieji elektronai todel elektrinis laidumas didelis. O dielektrikuose nera laisvuju kruvininku, nera kam pernesti veikiant laukui ir judeti mikroskopiniais atstumais. Todel dielektriku laidumas mazas.4. Kas yra Fermi lygmuo medžiagų energijos juostų teorijoje. Absoliutaus nulio temperatūroje visi lygmenys (visos kvantinės būsenos), kurių energija yra mažesnė nei Fermi lygmens yra užpildyti elektronais, o visi lygmenys (visos kvantinės būsenos), kurių energija didesnė nei Fermi lygmens yra neužpildyti elektronų. Elektronų pasiskirstymas pagal energiją aprašomas Fermi-Dirako finkcija. Aukštesnėse nei 0 K temperatūrose dėl šiluminio sužadinimo būsenos, kurių energija lygi Fermi lygmens energijai yra pusiau užpildytos. Dėl šiluminio sužadinimo dalis elektronų patenka į būsenas, kurių energija didesnė nei Fermi lygmens. 5. Medžiagų elektrinis laidumas energijos juostų teorijos požiūriu. Metalas: Kai T = 0, visi lygmenys laidumo juostoje, kurių energija yra mažesnė nei Fermi energija EF yra užpildyti elektronais, o visi lygmenys, kurių energija didesnė nei EF yra tušti.Elektronai gali laisvai judėti į “tuščius” lygmenis veikiami palyginti silpno elektrinio lauko. Todėl metalų elektrinis laidumas yra toks didelis.Kai T > 0, dėl šiluminio sužadinimo dalis elektronų patenka į lygmenis, kurių energija didesnė nei Fermi lygmens. Dielektrikas:Kai T = 0, valentinė juosta yra užpildyta elektronais, o laidumo juosta yra visai tuščia. Todėl medžiaga yra visai nelaidi. Fermi lygmuo yra draustinės juostos tarp valentinės ir laidumo juostų viduryje (2-10 eV).Kai T > 0, elektronai paprastai nėra termiškai sužadinami iš valentinės juostos į draustinę juostą. Todėl medžiaga yra nelaidi. Grynasis puslaidininkis:Kai T = 0, valentinė juosta yra užpildyta elektronais, o laidumo juosta yra visai tuščia. Todėl medžiaga yra visai nelaidi. Fermi lygmuo yra draustinės juostos tarp valentinės ir laidumo juostų viduryje (<1 eV).Kai T > 0, elektronai dėl šiluminio sužadinimo patenka iš valentinės į laidumo juostą. Medžiaga tampa laidžia. 6. Nuo ko priklauso metalų elektrinis laidumas.Nuo varzos.Medžiagų laidumas (mažėjimo tvarka): superlaidininkai, laidininkai, puslaidininkiai, izoliatoriai laidininkai: elektros srovei laidžios medžiagos (medžiagos turinčios daug “judrių krūvio nešėjų” (elektronų, jonų …). Pavyzdžiui, metalai, skysčiai turintys jonų (vanduo), plazma izoliatoriai: medžiagos kuriose laisvų krūvio nešėjų yra mažai arba visai nėra; pavyzdžiui, kvarcas, plastikai . superlaidininkai: kai kurios medžiagos labai žemose temperatūrose turi nulinę varžą. Kai kurių medžiagų savitosios varžos (r) (20o C temperatūroje):7. Nuo priklauso puslaidininkių elektrinis laidumas. Kaip galima reguliuoti puslaidininkių elektrinį laidumą. puslaidininkiai: medžiagos, kurių laidumas yra tarp laidininkų ir puslaidininkių; pvz. germanis Ge, silicis Si, GaAs, GaP, InP, InAs 8. Puslaidininkių skirstymas ir ypatumai.Savojo laidumo puslaidininkis. Savojo laidumo (grynuoju), arba i, puslaidininkiu vadinamas puslaidininkis, kurio kristalinė gardelė yra sudaryta tik iš vienos medžiagos atomų. Tokiame puslaidininkyje laisvieji krūvininkai generuojami ir rekombinuoja tik poromis, todėl jų koncentracijos būna vienodos:Priemaišiniai puslaidininkiai. Priemaišinių puslaidininkių gardelė mazguose dalis atomų yra pakeisti kitos, kitokio valentingumo, medžiagos atomais. Nors šių priemaišų koncentracija nedidelė (vienas priemaišos atomas tenka 104 – 107 pagrindinės medžiagos atomų), jos labai keičia puslaidininkio krūvininkų koncentraciją bei elektrines savybes 2. Deimantiškieji puslaidininkiai. Šiai puslaidininkių grupei visų pirma priklauso periodinės cheminių elementų lentelės III grupės elementų aliuminio (Al), galio (Ga), indžio (In) junginiai su V grupės elementais: fosforu (P), arsenu (As), stibiu (Sb). Jie vadinami AIIIBV tipo puslaidininkiais.V ir VI grupių elementai ir jų analogai. V grupės cheminiai elementai arsenas(As), stibis (Sb), bismutas (Bi) yra pusmetaliai su puslaidininkinėmis savybėmis. Tokie yra ir VI grupės cheminiai elementai selenas (Se) ir telūras (Te). Selenas vartojamas gaminant puslaidininkinius kintamosios srovės lygintuvus, elektrografinius kopijavimo įtaisus, optinius ir signalinius prietaisus, termorezistorius ir kt.. VI grupės cheminių elementų junginiai su pereinamaisiais metalais (Ti, V, Mn, Fe, Ni, Sm, Eu ir kt.). Juose vyrauja joninis ryšys. Daugumai būdingos ryškios magnetinės savybės – tai feromagnetiniai puslaidininkiai.Amorfinių puslaidininkių atomai išsidėstę ne taip chaotiškai kaip klasikinių amorfinių medžiagų, bet ir ne taip tvarkingai kaip kristalinių medžiagų. Iš amorfiniuose puslaidininkiuose vykstančių reiškinių praktikoje panaujodami perjungimo ir atminties efektai. Šiuo metu įvairių amorfinių puslaidininkių tyrimai tęsiami toliau, atrandami ir kiti efektai, kurie pritaikomi technikoj9. p ir n tipo puslaidininkių aiškinimas.n puslaidininkiai¬- tai puslaidininkiai su donoro priemaišomis. Priemaišiniai atomai, kurie sužadinti atiduoda laisvuosius elektronus laidumo juostai, vadinami donorais.p puslaidininkiai – Puslaidininkiai su akceptorių priemaišomis. Priemaišiniai atomai, kurie sužadinami gali pagauti elektroną iš valeninės juostos ir sudaryti joje teigiamas skyles, vadinami akceptoriais10. p – n SANDŪRADaugumoje elektroninių prietaisų yra p-n sandūra. Dviejų skirtingo laidumo puslaidininkių kontaktas vadinamas p-n sandūra.
p – tipo puslaidininkiuose pagrindiniai krūvininkai yra skylės. n – tipo puslaidininkiuose pagrindiniai krūvininkai yra elektronai.įdomiausi reiškiniai vyksta susiliečiant p ir n puslaidininkiams. pn sandūros aiškinimas.11. Puslaidininkinio diodo veikimo principas.PUSLAIDININKINIAI DIODAI Puslaidininkiniu diodu vadinamas prietaisas su dviem išvadas, turintis vieną p-n sandūrą. Rodyklės kryptis sutampa su tiesioginės elektros srovės kryptimi. Yra sukurta įvairios paskirties diodų: lygintuviniai diodai, SAD diodai, stabilitronai, varikapai, tuneliniai diodai ir t.t.12. Kodėl pn sandūroje yra energetinis barjeras, kliudantis bent jau dalies krūvininkų judėjimui. Kaip krūvininkų tekėjimas pn sandūra priklauso nuo išorinio elektrinio lauko.Krūvininko difuzijai pažeidus puslaidininkio elektrinį neutralumą p puslaidininkyje, netoli skiriančiosios plokštumos, po skylių difuzijos lieka nesukompensuoti neigiami akceptoriai, o n puslaidininkyje nesukompensuoti teigiami donorai. Taigi susidaro erdvinio krūvio sritis sudaryta iš skirtingai įkrauto sluoksnio: teigiamo krūvio – n srityje ir neigiamo krūvio – p srityje. Dėka šio krūvio susidaręs elektrinis laukas sukelia priešingą krūvininko judėjimą elektrono dreifą iš p srities į n sritį ir skylių dreifą iš n srities į p sritį. Tokiu būdu atsiranda dreifo srovė nukreipta priešingai difuzijos srovei. Kai neveikia išorinis elektrinis laukas, puslaidininkyje nusistovi dinaminė pusiausvyra: difuzijos ir dreifo srovės viena kita kompensuoja, o tarp p ir n sričių susidaro potencialo skirtumas.Susidaręs pn sandūroje elektrinis laukas yra nukreiptas iš n srities į p sritį. Taigi energijos juostos sandūros srityje turi išlinkti: energijos juostos n srityje bus žemesnės nei p srityje. Visuminis juostų poslinkis bus lygus pn sandūros potencialinio barjero aukščiui.
13. Tranzistorius ir jo veikimo principas.Tranzistorius – tai dviejų priešingų sandūrų puslaidininkinis prietaisas, skirtas elektriniams virpesiams (signalams) stiprinti. Sujungsime dvi priešingas sandūras, pavyzdžiui, p-n sandūrą ir n-p sandūrą, ir n sritį padarome bendrą. Tranzistoriai, kuriuose vidurinis puslaidininkis yra elektroninio laidumo, vadinami p-n-p tranzistoriais. Sukeisime sandūras vietomis ir bendra sritimi padarysime p sritį.` Turėsime n-p-n tipo tranzistorių, nes vidurinis puslaidininkis yra skylinio laidumo. Tranzistoriaus veikimo principas. Norėdami išnagrinėti tranzistoriaus veikimo principą ir jo naudojimą signalų stiprinimui, analizuosime atskirai abiejų sandūrų paskirtį. įjunkime pirmąją p-n sandūrą į elektrinę grandinę tiesiogine kryptimi: šaltinio teigiamą polių prijungsime prie p puslaidininkio, o neigiamą polių – prie n. Esant tokiam jungimui kontaktinis elektrinis laukas Ee nukreiptas prieš šaltinio sukurtą išorinį lauką E1, todėl sumažėja užtveriamojo sluoksnio storis.14. Kas yra integrinės schemos ir kam jų reikia.Tūkstančius elektroninių komponentų įkomponavus į labai mažą erdvę padaromos integrinės schemos. Ši revoliucija didele dalimi buvo sąlygota aerokosminių technologijų vystymosi, kadangi iškilo didelis labai mažų matmenų ir mažai galios vartojančių kompiuterių ir elektroninių prietaisų poreikis. Integrinės schemos paprastai susideda iš daugelio sluoksnių, dažniausia užaugintų ant silicio plokštelės. Kiekvienas sluoksnis turi savo originalų piešinį ir sudėtį. Integrinės schemos dalis skirta testuoti mikroprocesorinius čipus (b). Plonos šviesios sritys – aliuminio jungiamoji metalizacija, balti kvadratai – testiniai kontaktai, testinės grandinės viršutiniame kairiame kampe. Didinimas x50. 15. Kaip šviesos absorbcija (sugertis) susijusi su diodais. Kaip ir kam tai galima panaudoti. absorbcija: fotonas generuoja elektronskylinę porą (saulės elementas, fotodetektorius).Elektromagnetinis spinduliavimas, kurio dažnis yra ħw < Eg praeina pro puslaidininkį su palyginti nedideliais nuostoliais (mažai absorbuojamas). Tuo tarpu spinduliavimas, kurio dažnis (ir energija) ħw > Eg yra absorbuojami daug stipriau. Šis sugertas spinduliavimas sukuria elektronskylines poras. pn diode arba Šotkio diode elektrinis laukas gali atskirti elektronus ir skyles. Todėl šie prietaisai gali veikti kaip saulės elementai, gaminantys energija, arba kaip fotodetektoriai, kurie reaguoja į elektromagnetinį spinduliavimą generuodami elektrinį signalą.16. Kuo lazeris skiriasi nuo šviesos diodo jų veikimo principų ir charakteristikų požiūriu.Lazeriuose skirtingai nuo šviesos diodų vyksta ne savaiminė, o stimuliuotoji rekombinacija. Sudaromos tokios sąlygos, kad kažkuriame didesnės energijos lygmenyje elektronų yra daugiau nei kažkuriame žemesnės energijos lygmenyje. Ir kad elektronai iš aukštesnės energijos lygmenio savaime nerekombinuotų. Aukštesnės energijos lygmenyje esantis elektronas sąveikaudamas su fotonu, peršoka į žemesnės energijos lygmenį, išspinduliuodamas fotoną. Siekiant padidinti stimuliuotosios rekombinacijos įvykių skaičių, vis didesnio intensyvumo šviesos pluoštelis kelis kartus perina pro lazerio aktyvią sritį, atsipindėdamas nuo kraštuose esančių veidrodžių. Lazerio spinduliuojama šviesa yra koherentinė (vieno bangos ilgio). Lazerio spinduliuojama šviesa yra vieno bangos ilgio skirtingai nuo šviesos diodo, kur šviesos pluoštelis yra labiau “išskydęs (spinduliuojamos šviesos spektras yra daug platesnis). Be to, lazerio spinduliavimas yra daug kryptingesnis. 17. Koks yra pagrindinis dielektrikų, patalpintų į išorinį elektrinį lauką elgsenos ypatumas ir kokios yra jo rūšys bei priežastys.. Išoriniame vienalyčiame elektriniame lauke esantį dipolį veikia jėgų pora, kurios momento modulis. Kai kurie dielektrikų taikymaiMažos dielektrinės skvarbos dielektrikai naudojami tarpelementinei izoliacijai, atskiriant metalinius integrinės schemos takelius nuo kitų schemos elementų. Pagrindinis dėmesys skiriamas silikaorganiniams junginiams. Didelės dielektrinės skvarbos dielektrikai svarbūs atminties elementuose, metalo-dielektriko-puslaidininkio lauko tranzistorių sklendės. Hafnio, cirkonio, aliuminio oksidai.
18. Dėl kokių priežasčių plokščio kondensatoriaus, tarp kurio plokštelių yra vakuumas, talpa skiriasi nuo tokios pat formos ir matmenų kondensatoriaus, tarp kurio plokštelių yra dielektrikas, talpos. Kondensatorius – tai dviejų laidininkų sistema, kurioje jėgų linijos, išeinančios iš vieno laidininko, pasibaigia antrajame. Pagal laidininkų formą kondensatoriai skirstomi į plokščiuosius, sferinius ir cilindrinius. Kondensatorių sudarantys laidininkai dažnai vadinami plokštelėmis, nors jie gali būti sferos ar cilindrai. Tarp plokštelių gali būti oras ar vakuumas arba bet koks dielektrikas. Įelektrinant kondensatorių jo plokštelėms suteikiami lygių modulių priešingų ženklų krūviai +q ir -q. Kondensatoriaus elektrine talpa vadinamas dydis, lygus vienos plokštelės krūvio ir potencialų skirtumo tarp plokštelių santykio moduliui:medžiagos santykine dielektrine skvarba, yra bematis dydis. Kai kurių dielektrikų santykinės dielektrinės skvarbos vertės pateikiamos lentelėse. Santykinės dielektrinės skvarbos ir elektrinės konstantos sandauga vadinama absoliutine dielektrine skvarba19. Išvardinkite svarbiausias dielektrinių medžiagų rūšis ir fizikinius principus, kuriais paremtos esminės šių dangų charakteristikos. Segnetoelektrikai (feroelektrikais) vadinami poliniai dielektrikai, kurie tam tikrame temperatūros intervale poliarizuojasi savaime. Savaiminė poliarizacija priklauso nuo temparatūros. Pakėlus temperatūrą virš tam tikros kiekvienam feroelektrikui būdingos vertės TC, vadinamos Kiuri (P. Curie) temperatūra, feroelektrinės savybės išnyksta, ir jis virsta paprastu poliniu dielektriku. feroelektrikas sudarytas iš mažų (tačiau turinčių milžinišką molekulių skaičių) sričių, kuriose visų molekulių elektriniai dipoliniai momentai orientuoti viena ir ta pačia kryptimi.būdinga histerezės kilpa. Pjezoelektrikai. pasireiškia tik kristaluose, neturinčiose simetrijos centro, Galingi pjezoelektriniai akustiniu bangu generatoriai taikomi hidrolokacijoje, defektoskopijoje, mechaniškai medžiagoms apdirbtiPiroelektrikai – mdžiagos, kuriose elektrinis krūvis atsiranda kaitinant. Piroelektrinis efektas infraraudonuju spinduliu detekcijai, infraraudonuju atvaizdu vizualizacijai ypač perspektyvus. Piroelektriniai imtuvai reaguoja i bet koki spinduliavimą, kuris keičia ju temperatūrą20. Pagrindinės magnetikų grupės ir kokios yra jų magnetinių savybių priežastys. Magnetikai skirstomi į paramagnetikus ir diamagnetikusparamagnetikų m >1, c > 0 (magnetikas traukiamas lauko stiprėjimo kryptimi) diamagnetikų m <1, c < 0 (magnetikas stumiamas lauko silpnėjimo kryptimi). Šių medžiagų atomuose yra nepilnai užpildytas elektronų sluoksnis. Kai nėra išorinio magnetinio lauko atomų magnetiniai momentai išsidėtę netvarkingai. Nėra makroskopinio įmagnetėjimo. Šias medžiagas sudarančios struktūrinės dalelės turi magnetinį momentą ir nesant išorinio magnetinio lauko. Tačiau jų magnetiniai momentai orientuoti atsitiktinai ir bendras atstojamasis laukas jų kuriamas magnetinis laukas lygus nuliui. Paveikus paramagnetiką išoriniu magnetiniu lauku struktūrinių dalelių magnetiniai momentai išsirikiuoja jo kryptimi ir sukuria stiprinantį vidinį magnetinį lauką.Paramagnetikų c yra 10-2 – 10-5 eilės. Atominio dipolio konfigūracija paramagnetinėje medžiagoje iki ir po jos patalpinimo į išorinį magnetinį lauką. Pereinamųjų elementų druskos Retųjų žemių elementų druskos ir oksidai Retųjų žemių elementai Metalai : Al, Pt, Cr.. (Fe, Co, Ni-feromagnetikai, Cr-antiferomagnetikas)Diamagnetikai. medžiagas sudarančių struktūrinių dalelių atstojamasis magnetinis momentas nesant išorinio magnetinio lauko lygus nuliui. Veikiamos išorinio magnetinio lauko, diamagnetikų dalelės dėl Larmoro precesijos sukuria apskritiminę srovę, kurios papildoma magnetinė indukcija nukreipta prieš išorinio magnetinio lauko kryptį. Dėl to diamagnetikai silpnina magnetinį lauką.Inertinės dujos He, Ne, Ar….. Poliatominės dujos H2, N2…..Kietos joninės medžiagosIonic NaCl(Na+, Cl-)…Kovalentinės medžiagos C(diamond), Si, Ge….. Beveik visi organiniai junginiai.21. Kas yra feromagnetikai. Kokie yra jų magnetinių savybių ypatumas ir šių ypatumų priežastys.Tai magnetikai, kuriuose magnetinis laukas daug kartų sustiprėja. Jų Šių medžiagų, kiap ir paramagnetikų, struktūrinės dalelės ir nesant išorinio magnetinio lauko turi magnetinį momentą. Tačiau tam tikrose srityse, vadinamose domenais, tie momentai būna dar ir orientuoti ta pačia kryptimi (dėl to šios sritys dar vadinamos savaiminio įmagnetinimo sritimis). Vadinasi, domeno viduje magnetinių momentų išsidėstymas būna tvarkingas. Tačiau patys domenai būna įvairių dydžių, o skirtingų domenų magnetinių momentų orientacija taip pat skiriasi, dėl to atstojamasis magnetiko magnetinis laukas lygus nuliui. Feromagnetiką paveikus išoriniu magnetiniu lauku domenai orientuojasi jo kryptimi, susijungia į didesnius domenus ir taip susidaro labai stiprus vidinis magnetinis laukas.Feromagnetines medžiagas galima suskirstyti į dvi grupes:* magnetiniu požiūriu minkštas – didelės magnetinės skvarbos, leng¬vai įmagnetinamos ir išmagnetinamos, mažo koercinio stiprio, siauros histerezės kil¬¬pos,* magnetiniu požiūriu kietos – santykinai mažos magnetinės skvar¬bos, labai sunkiai įmagnetinamos ir išmag¬netinamos, didelio koercinio stip¬rio, pla¬čios histerezės kilpos,Pirmosios rūšies medžiagos daugiausia naudojamos kintamųjų laukų elek¬trotechnikoje (pvz.: transforma¬toriuose), antrosios grupės – nuolatiniams mag¬netams gaminti.
22. Kokias dar magnetikų rūšis galėtumėte nurodyti šalia feromagnetikų. Kokios gi tų kitų magnetikų magnetinių savybių ypatybės ir jų priežastys.Antiferomagnetikai Gretimų atomų arba jonų magnetiniai spininiai momentai yra orientuoti priešingomis kryptimis. Viena iš tokių medžiagų –mangano oksidas (MnO). Tai keraminė joninė medžiaga. Geduonies jonai neturi jokio magnetinio momento. Mangano jonai turi magnetinį sukininį momentą. Mangano jonai yra išsidėstę kristalinėje gardelėje tokiu būdu, kad gretimų jonų magnetiniai momentai yra orientuoti priešingomis kryptimis, tokiu būdu eliminuodami vienas kitą.
Antiferimagnetikai – medžiagos, kurių įmagnetėjimas yra priešingos krypties nei veikiantis išorinis laukas. Pavyzdžiui, pyrotitas (dėl defektų) ir hematitas (deformuota kristalinė gardelė). Ferimagnetikai : Sudėtingos oksidinės medžiagos. Feritai turi mažesnį soties magnetinį srautą, didelę savitąją varžą. Jie – ne metalai ir jų savybes lemia struktūra. Ją galima dirbtinai keisti, kartu keičiant ir ferimagnetiko charakteristikas.23. Kas yra histerezės kilpa. Kodėl stebimas toks reiškinys. Histerezes kilpa – tai kreive kuri vaizduojama priklausomybe periodiniame magnetiniame lauke. Uzdaroji kreive ACDFGK yra histerezes kilpa.Magnetine histereze vadinamas reiškinys, kai medžiagos įmagnetėjimo ar magnetinės indukcijos kitimas atsilieka nuo juos sukeliančio magnetinio jauko kitimo.Jeigu magnetinės medžiagos pavyzdys pradedamas įmagnetinti, tai nenutrūkstamai didinant magnetinį lauką įmagnetėjimas didėja, kol pasiekia įsisotinimą. Įmagnetėjimo kitimo kreivė nuo magnetinio lauko stiprumo nuo +H iki –H ir atgal kitimo vadinama ribine magnetinės histerezės kilpa. Ji yra svarbi magnetinės medžiagos charakteristika, kadangi jos pagrindu nustatomi svarbūs medžiagos rodikliai- koercinė jėga Hc, liktinis įmagnetėjimas Mr ir liktinė magnetinė indukcija Br .24. Kaip magnetikai gali būti skirstomi pagal histerezės kilpos formą. Kokie yra jų taikymai.His¬te¬rezės kilpos forma, liktinė induk¬ci¬ja ir koercinis stipris priklauso nuo feromag¬netiko medžiagos ir įvairių medžiagų gali būti skirtingi. Feromagnetines medžiagas galima suskirstyti į dvi grupes:* magnetiniu požiūriu minkštas – didelės magnetinės skvarbos, leng¬vai įmagnetinamos ir išmagnetinamos, mažo koercinio stiprio, siauros histerezės kil¬¬pos,* magnetiniu požiūriu kietos – santykinai mažos magnetinės skvar¬bos, labai sunkiai įmagnetinamos ir išmag¬netinamos, didelio koercinio stip¬rio, pla¬čios histerezės kilpos,Pirmosios rūšies medžiagos daugiausia naudojamos kintamųjų laukų elek¬trotechnikoje (pvz.: transforma¬toriuose), antrosios grupės – nuolatiniams mag¬netams gaminti.
25. Kaip feromagnetikų magnetinės savybės priklauso nuo temperatūros.Jeigu feromagnetinė medžiaga yra įkaitinama iki pakankamai aukštos temperatūros, ji pradeda elgtis kaip paramagnetikas. Tačiau, jeigu tokią medžiagą ataušinti nuo Kiuri temperatūros esant išoriniam magnetiniam laukui, atsiras didelis liktinis įmagnetėjimas. Taip galima pasiekti įmagnetėjimą 5-100 kartų didesnį nei pasiekamas naudojant tiktai magnetinio lauko poveikį. 26. Magnetinės juostelės veikimo principas.Įrašančią galvutę sudaro žiedo formos elektromagnetas su tarpu. Garso dažnio kintama srovė teka galvuteŽiedo tarpelyje atsiranda magnetinis laukasJudanti magnetinė juosta įmagnetėja proporcingai indukuotam magnetiniam laukui. Irasytos informacijos atkurimasGalvutei judant juostelės su įrašu (įmagnetintos) atžvilgiu, magnetiko dalelių kuriamas magnetinis laukas indukuoja galvutėje elektros srovę. 27. Kaip susijęs personalinio kompiuterio kietasis diskas ir magnetiniai reiškiniai.Plonaplėvelinė technologija įgalina pasiekti didesnę atminties talpą esant mažesnei savikainai. Daugiausiai naudojama kompiuterių kietuosiuose diskuose. Šiam tikslui dažniausiai naudojamas 10-50 nm storio CoPtCr arba CoCrTa lydinio sluoksnis, užneštas ant chrominio padėklo. Megnetinis sluoksnis naudojamas pačiam duomenų įrašymo ir laikymo procesui.28. Apibūdinkite paprasčiausio kineskopo sandarą. Kaip jis veikia?Kineskopas yra sudarytas iš stiklinio vakuuminio indo, kurio viduje yra elektronų prožektorius, elektronų fokusavimo ir horizontali bei vertikali nukreipimo sistemos, fosforo taškais padengtas išgaubtas ekranas. Kai elektronų spindulys pasiekia fosforu padengtą ekrano tašką, šis ekrane šviečia. Švytėjimo intensyvumas yra proporcingas elektronų spindulio stiprumui. Ekrane vaizdas išgaunamas keičiant elektronų spindulio kryptį. Tačiau elektronų spinduliui pakeitus kryptį, taškas greitai gesta. Tam, kad vaizdas būtų nepertraukiamas, elektronų spindulys turi nuolatos (arba ne trumpesniais intervalais kaip fosforo užgesimo laikas) būti nukreiptas į tą tašką. Laikas, per kurį užgęsta elektronų spindulio neaktyvuojamas taškas, yra skaičiuojamas iki to momento, kai taško šviesumas sumažėja 0,1 dalimi nuo pirminio taško šviesumo. Užgesimo laikas priklauso nuo fosforo, kuriuo padengti kineskopo ekrano taškai, rūšies ir gali trukti nuo 22 iki 300 mikrosekundžių. Displėjų, kurie naudojami lėtai kintančiai statistinei informacijai pateikti, ekranai yra padengiami ilgiau švytinčio fosforo junginių taškais, o kai reikia greitai atnaujinti informaciją, naudojami trumpai švytinčių fosforo junginių taškai.
Kineskopai (gr. kinesis – judėjimas, skopeo – žiūriu, stebiu) – tai elektroniniai vamzdžiai, galintieji elektrinius signalu paversti judamais vaizdais. Kineskopai, kaip žinome, naudoj televizoriuose, kompiuterių displėjuose, matavimo prietaisuose, įvairiuose monitoriuose. Dažniausiai kineskopuose naudojamas elektrosta elektronų pluošto fokusavimas ir magnetinis kreipimas.Tekant horizontalaus ir vertikalaus kreipimo sistemų ritėmis pjūklo formos srovėms, ekrane gaunamas televizinis rastras. Vaizdo signalas nukreipiamas į moduliatoriaus elektrodą. Jis valdo elektronų pluošto srovę.29. Kaip kineskopo ekrane gaunamas spalvotas vaizdas?Spalvoto kineskopo ekranas iš vidaus yra padengtas raudonai, žaliai ir mėlynai švytinčiais fosforo taškais, arba stačiakampiaisRaudona, žalia ir mėlyna spalvos pasirinktos todėl, kad iš jų galima išgauti bet kokią spalvą, tarp jų ir baltą.. Spalvotieji CRT (Catode Ray Tube) turi tris elektronų prožektorius, po vieną kiekvienai iš trijų spalvų. Delta elektronų spindulio atveju elektronų prožektoriai bei ekrano fosforo taškai yra išdėstyti trikampiu, o vienaeilio spindulio atveju – vienas šalia kito. Tarp elektronų prožektorių ir fosforo taškų dedama šešėlio kaukė, 2 pav., kurios paskirtis yra užtikrinti, kad elektronų spinduliai pasiektų tiktai konkretų ekrano tašką, nepaliesdami greta esančių ekrano taškų. Konkrečios spalvos fosforo tašką turi pasiekti tiktai tai spalvai skirtas elektronų spindulys. Ekrano taško švytėjimo intensyvumas yra tiesiogiai proporcingas elektronų spinduliavimo stiprumui.
Spalvotojo vaizdo kineskope yra trys elektronų prožektoriai. Kineskopo ekranas yra mozaikos, sudarytos iš raudona, žalia ir mėlyna spalva švytinčių liuminoforo grūdelių, pavidalo. Prožektoriai įtaisomi taip, kad prožektoriaus pluoštas per kaukę bombarduotų tik vienos spalvos liuminoforo grūdelius. Reikiama ekrano elemento spalva gaunama susimaišius atitinkamomis proporcijomis trims paminėtoms spalvoms.30. Paaiškinkite plazminių displėjų sandarą ir veikimą.Elektrovakuuminis šaltųjų katodų displėjus sudarytas iš dviejų stiklinių plokštelių, tarp kurių sudarytas gilus vakuumas . Indikatorinę ląstelę sudaro daug miniatiūrinių šaltųjų katodų, tinklelis ir anodas, ant kurio sudarytas raudonos, žalios arba mėlynos spalvos liuminoforo sluoksnis. Plokštieji šaltųjų katodų ekranai yra ploni (be korpuso storis tik apie 2–3 mm), patikimi (pakanka, kad veiktų nors 80 %) katodų. Jiems maitinti pakanka dešimčių voltų eilės įtampųVeikiant anodo įtampai, prie smailų kūgių viršūnių susikuria stiprus elektrinis laukas ir prasideda šaltoji elektronų emisija. Pagreitinti anodo įtampos elektronai bombarduoja liuminoforą ir sukelia jo švytėjimą. Elektronų srautą ir liuminoforo švytėjimo intensyvumą valdo tinklelio-katodo įtampa. Liuminoforo švytėjimo intensyvumą dar galima valdyti keičiant jo žadinimo trukmę.31. Apibūdinkite skystųjų kristalų sandarą, tipus ir savybes.Skystieji kristalai yra beveik permatoma organinė medžiaga, susidedanti iš pailgų molekulių ir turinti tiek skystųjų, tiek kietųjų medžiagų savybių. Suteikus kristalams elektrinį krūvį, jų molekulių išsidėstymo tvarka kinta, dėl to keičiasi ir medžiagos šviesos pralaidumo savybės. Skystakristalių informacijos atvaizdavimo įtaisų veikimas pagrįstas skystųjų kristalų savybėmis ir optiniais reiškiniais tuose kristaluose.Skystaisiais kristalais vadinamos sudarytos iš pailgų molekulių medžiagos, tam tikrame temperatūrų diapazone pasižyminčios ir skysčiams būdingu takumu, ir kristalams būdinga molekulių išsidėstymo tvarka. Skystieji kristalai skirstomi į smektinius ir nematinius. Smektinių skystųjų kristalų molekulių ilgosios ašys išsidėsto lygiagrečiai, o molekulių masės centrai yra beveik vienojeplokštumoje. Nematinių skystųjų kristalų (gr. nema – siūlas) mole- kulės išsidėsto lygiagrečiai, tačiau molekulių masės centrai – ne- tvarkingai (15.25 pav., a). Dėl paminėtų savybių skystieji kristalai pasižymi elektrinių,optinių ir kitų savybių anizotropiškumu – tos savybės priklauso nuokripties.32. Paaiškinkite šviesos poliarizacijos plokštumos sukimo skystuosiuose kristaluose mechanizmą.Natūraliai šviesos bangos sklinda įvairiausiais kampai. Skystųjų kristalų displėjuose šviesos skidimo kryptys yra ribojamos naudojant šviesos poliarizavimo filtrus. Šie filtrai – tai lygiagrečiomis linijomis išraižytos plokštelės, praleidžiančios tiktai tas šviesos bangas, kurios sklinda lygiagrečiai toms linijoms. Skystųjų kristalų displėjuose naudojami du poliarizavimo filtrai, po vieną iš išorinės kiekvieno banguoto paviršiaus pusės. Šie filtrai taip pat yra pasukti vienas kito atžvilgiu 90 laipsnių kampu ir jų linijų kryptis sutampa su banguotų paviršių bangelių kryptimi. Dėl šviesos filtrų ir skystųjų kristalų molekulių išsidėstymo tvarkos ekrane matoma tiktai ta šviesa, kuri skystųjų kristalų molekulėmis pasukama 90 laipsnių kampu.Apdorojus plokštelių, tarp kurių yra skystojo kristalo sluoksnis, paviršius, galima pasiekti, kad molekulės skystojo kristalo sluoksnyje pasisuktų 90o kampu ( Tokiame skystojo kristalo sluoksnyje šviesos poliarizacijos plokštuma pasukama 90o kampu. Jeigu sudaromas statmenas sluoksniui elektrinis laukas, skystojo kristalo molekulės orientuojasi lauko kryptimi ir negali pakeisti sviesos poliarizacijos.33. Paaiškinkite skystojo kristalo indikatoriaus sandarą ir veikimą.Ląstelė sudaryta iš poliarizatoriaus, stiklo plokštelių su elektrodais, tarp kurių yra cholesterinio skystojo kristalo sluoksnis, analizatoriaus ir reflektoriaus. Poliarizatorius poliarizuoja šviesą. Skystasis kristalas poliarizacijos plokštumą pasuka statmena kryptimi. Taip poliarizuotą šviesą analizatoriaus plokštelė praleidžia. Ji atsispindi nuo reflektoriaus ir grįžta. Jei tarp elektrodų prijungiama pakankama įtampa, skystasis kristalas poliarizacijos plokštumos nebesuka, analizatoriaus plokšte šviesą sugeria ir indikatorinė ląstelė patamsėja. Taigi skystakristaliuose indikatoriuose indikatorinė ląstelė atlieka šviesos ventilio funkcijas.34. Medžiagos lūžio rodiklis.Lūžio rodiklis (arba jau nevartotinas terminas refrakcijos indeksas) nusako medžiagos pralaidumą elektromagnetiniams spinduliams.kai šviesa tam tikru kampu iš oro krenta į skaidrią medžiagą, pvz., stiklą, kristalinę keramiką, polimerinę plokštelę ar ploną plėvelę, vyksta šviesos refrakcija, t. y., šviesos spindulių lūžis dviejų terpių riboje. Viena iš pagrindinių medžiagos optinių savybių yra jos lūžio rodiklis n:
35. Šviesos dispersija.Medžiagos lūžio rodiklio priklausomybė nuo šviesos bangos ilgio (arba dažnio) vadinama šviesos dispersija. Pradžioje buvo manoma, kad lūžio rodiklis nepriklauso nuo krintančios šviesos dažnio ω, tačiau vėliau ši priklausomybė buvo įrodyta elektroninėje šviesos dispersijos teorijoje. Pagal elektromagnetinę šviesos teoriją (Maksvelo) sąryšis tarp medžiagos lūžio rodiklio n, dielektrines skvarbos e ir magnetines skvarbos m išreiškiamas taip:
Šviesos dispersija vadinama lūžio rodiklio priklausomybė nuo šviesos bangos ilgio, dažnio. Kai didėjant bangos ilgiui lūžio rodiklis mažėja, vyksta normalioji dispersija (vyksta kur medžiaga yra skaidri). Kai mažėjant bangos ilgiui lūžio rodiklis didėja, vyksta anomalioji dispersija (vyksta tose spektro srityse kuriose vyksta stipri absorbcija)..
36. Šviesos atspindys. Kokios dangos sumažina šviesos atspindį?Šviesos atspindys gali būti veidrodinis ir sklaidusis (difuzinis). Veidrodiniu atspindys susidaro, kai paviršiaus nelygumai mažesni už šviesos bangos ilgį. Atspindintis paviršius šiuo atveju vadinamas veidrodiniu paviršiumi arba veidrodžiu. Sklaidusis (difuzinis) atspindys susidaro, kai paviršiaus nelygumai didesni už šviesos bangos ilgį.
Šviesos atspindžio dėsnis: • Krintantis spindulys (k), atsispindėjęs spindulys (a) ir dviejų aplinkų ribai kritimo taške iškeltas statmuo yra vienoje plokštumoje;• Atspindžio kampas β lygus kritimo kampui α;• Šviesos spinduliams būdinga apgręžtumo savybė. Šviesos atspindžio kampas lygus šviesos kritimo kampui. medžiagos, turinčios didesnį lūžio rodiklį, atspindi daugiau šviesos. Dažnai tai yra pageidaujama savybė, pvz., galinti pakeisti blizgius emalinius dažus. Kitais atvejais, pvz., lęšiuose, tai yra nepageidaujama savybė, nes gaunami šviesos nuostoliai. Todėl dažnai naudojamos specialios dangos, kad sumažinti šią šviesos nuostolių problemą 37. Veidrodinis ir difuzinis atspindys. Poliarinės diagramos.Bendrą konkrečios medžiagos vaizdą daug lemia santykinis veidrodinio ir difuzinio atspindžio kiekis. Matome, kad veidrodinis atspindys apibrėžiamas “vidutinio” paviršiaus atžvilgiu, o difuzinį atspindį lemia paviršiaus šiurkštumas, t. y., lokalinės sritys, kurios nėra lygiagrečios “vidutinio” paviršiaus plokštumai. Veidrodinis atspindys vyksta “vidutinio” paviršiaus, o difuzinis atspindys vyksta lokaliai nelygiagrečių paviršiaus elementų atžvilgiu. polarinės diagramos geriausiai iliustruoja galutinį balansą tarp veidrodinio ir difuzinio atspindžio konkrečiam paviršiui. Polarinės diagramos rodo kryptingą atspindžio nuo lygaus paviršiaus intensyvumą, dominuojant veidrodiniam atspindžiui ir visiškai difuzinį atspindį nuo šiurkštaus paviršiaus. Polarinės diagramos parodo atspindžio intensyvumą duota kryptimi pagal santykinį vektoriaus ilgį. Idealiai apskritiminė polarinė diagrama rodo, kad šviesa išsklaidoma pagal kosinuso dėsnį. Santykinis atspindžio intensyvumas kinta, kaip kampo kosinusas. Apibendrinant galima pasakyti, kad stiklas ir veidrodinės dangos (glazūros ir emalės) bus labai blizgios, jei turės didelį lūžio rodiklį ir paviršius bus lygesnis.38. Kas lemia medžiagų skaidrį, permatomumą ir nepermatomumą?Dauguma stiklo, keramikos ir polimerinių medžiagų rūšių gana gerai praleidžia šviesą. Pralaidumo laipsnis nusakomas skaidrio, permatomumo ir nepermatomumo terminais. Skaidris paprastai reiškia galimybę stebėti visiškai aiškų vaizdą. Pvz., pašalinus porėtumą, polikristalinis Al2O3 yra beveik visiškai skaidri medžiaga. Permatomumas ir nepermatomumas yra gana subjektyvūs terminai. Bendru atveju, permatomumas reiškia, kad difuzinis vaizdas yra praleidžiamas, o nepermatomumas reiškia, kad vaizdas visiškai nepraleidžiamas. Šviesos lūžis vyksta dėl skirtingų poros (n=1) ir medžiagos (n>1) lūžio rodiklių. Daugelis stiklų ir glazūrų turi miltelinius tamsinančius priedus, kurių lūžio rodiklis skiriasi nuo pagrindinės masės. Pvz., į stiklo masę dedami SnO2 milteliai, kurių lūžio rodiklis (n=2) žymiai didesnis, nei stiklo (n@1,5). Užtamsinimo laipsnis priklauso nuo porų ir dalelių vidutinio dydžio ir koncentracijos bei lūžio rodiklių skirtumo. Jei atskiros poros arba dalelės yra žymiai mažesnės, nei matomos šviesos bangos ilgis, jos nėra efektyvūs sklaidos centrai. Sklaida efektyviausia, kai porų arba dalelių dydis yra matomos šviesos bangos ilgio eilės (nuo 400 iki 700 nm). stiklo, keramikos ar polimerinių medžiagų skaidrumą lemia sklaidos mechanizmas. Priešingai, metalų neskaidrumą lemia absorbcijos mechanizmas, kuris yra glaudžiai susijęs su metalų elektriniu laidumu. Metalai nepermatomi todėl, kad laisvieji elektronai juose absorbuoja fotonus matomame šviesos diapazone. 39. Kas lemia medžiagų spalvą ir kaip ją galima keisti?Beje, laisvųjų elektronų egzistavimas stikle ar keramikoje taip pat įtakoja jų skaidrumą. Absorbcijos mechanizmas lemia ypač svarbią medžiagos savybę – spalvą. Tas pats jonas (pvz., Co2+) gali suteikti skirtingas spalvas įvairiems stiklams, nes jis gali turėti kitokį koordinacinį skaičių skirtinguose stikluose. Joninės koordinatės turi įtakos energijos, kurią absorbuoja elektronas, dydžiui. Todėl keičiasi absorbcijos kreivė ir vyraujanti spalva. Permatoma polimerinių medžiagų spalva išgaunama, dedant priedus, kurie ištirpsta polimero masėje ir tokiu būdu eliminuojama šviesos sklaida. Spalva čia gaunama tokiu pačiu principu, kaip ir naudojant pigmentus, t. y., absorbuojama dalis matomojo šviesos spektro. Polimerinėms medžiagoms nėra tokios priedų lentelės, kaip silikatiniams stiklams. Spalvų gavimas polimerinėse medžiagose yra sudėtinga molekulinės chemijos ir geometrijos funkcija. ką tik aptarėme, kad spalva gaunama dėl tam tikro bangos ilgio spindulių absorbcijos iš viso matomojo spektro. 40. Liuminescencija, jos tipai ir mechanizmas.Liuminescencija yra toks reiškinys, kai jau aptartą fotonų absorbciją lydi fotonų reemisija (apšvietus tam tikro bangos ilgio spinduliais, medžiaga skleidžia kito bangos ilgio spindulius). Liuminescencijos terminas taip pat naudojamas ir tuo atveju, kai medžiaga skleidžia matomą šviesą kitų energijos formų (terminės, mechaninės, cheminės) arba dalelių (didelės energijos elektronai) poveikyje. Bet kokia šviesos emisija dėl bet kokios priežasties gali būti vadinama liuminescencija. Bendru atveju medžiagos atomai spinduliuoja fotonus, kai grįžta į pradinę būseną po to, kai, absorbavus energiją, buvo sužadintoje būsenoje. Elektronas sužadinamas iš valentinės į laidumo juostą, juda tarp pagavimo centrų, nespinduliuodamas energijos, šilumos poveikyje vėl grįžta į laidumo juostą ir galų gale smunka iki aktyvavimo lygio, išspinduliuodamas fotona. yra du pagrindiniai liuminescencijos tipai, kurie skiriasi reakcijos laiku. Jei reemisija įvyksta greitai (mažiau, nei maždaug per 10 nanosekundžių), tai toks reiškinys vadinamas fluorescencija. Esant ilgesnei trukmei, reiškinys vadinamas fosforoscencija. Šios savybės būdingos daugeliui medžiagų, įskaitant daugumą keraminių sulfidų ir oksidų. Dažnai, norint suteikti medžiagai liuminescencines savybes, įvedami kontroliuojami liuminescuojančių priedų kiekiai.41. Rubino lazerio veikimo principas.Vienkristalinis Al2O3 dažnai yra vadinamas safyru, kai turi mažai priemaišų arba rubinu, kai jame yra daug Cr2O3 priemaišų, kurios suteikia rubinui būdingą raudoną spalvą dėka Cr3+ jonų. Rubino strypas yra apšviečiamas 560 nm bangos ilgio fotonais iš jį supančios ksenono lempos, kurie perkelia elektronus Cr2O3 jonuose iš pagrindinės į sužadintą būseną, suteikdami jiems energijos. Reikia pažymėti, kad vienas rubino cilindro galas yra pilnai padengtas sidabru, o kitas juo padengtas dalinai. Fotonai gali būti išspinduliuojami visomis kryptimis, tačiau lazerio efektui sukurti tarnauja tie, kurie keliauja artimai lygiagrečiai išilginei rubino kristalo ašiai. Prasidėjus lavininei fotonų emisijai, šviesos spindulys daug kartų atsispindi pirmyn ir atgal nuo strypo galų, o jo intensyvumas didėja tol, kol per dalinai padengtą sidabru strypo galą išspinduliuojamas didelio intensyvumo koherentinis lazerio impulsas. Išspinduliuojama šviesa yra monochromatinė (vieno bangos ilgio) ir priskiriama raudonajam matomojo spektro galui (l= 694,3 nm). Rubino lazerio stimuliuotos emisijos ir šviesos stiprinimo schema;a) pusiausvyros būsenab) žadinimas ksenono lempos šviesos spinduliaisc) keletas spontaniškai emituotų fotonų pradeda grandininę stimuliuotos emisijos reakcijąd) atspindėti atgal, fotonai pradeda stimuliuoti emisiją savo kelyjee) išspinduliuojamas didelės energijos šviesos impulsas42. Galio arsenido lazerio konstrukcija.
Galio arsenido lazeriai ( pav.) gaminami iš ant stiklo suformuoto galio arsenido kristalo lydinio, supjaustyto mažais, paprastai 0,5 mm storio, gabalėliais. Difuzijos būdu (pridedant priemaišų) formuojama pn sandūra. Jei kristalas yra n tipo, pridedama p tipo priemaišų, pvz: cinko. Kaitinant uždarą ampulę su viduje esančiu gabalėliu galio arsenido kristalo ir tam tikru kiekiu cinko sukeliamas difuzijos procesas. Cinko garai difunduoja kelis mikronus į galio arsenido paviršių, suformuodami pn sandūrą. Po to šis kristalas supjaustomas į tinkamo dydžio gabalėlius, iš kurių formuojami lazeriai. Šie gabalėliai yra maži ir trapūs, todėl jie įtaisomi tarp dviejų metalo plokštelių. Toks darinys paprastai būna kelių kvadratinių milimetrų ploto. Šviesą skleidžianti sritis (draustinė juosta) yra kelių mikronų storio. Užbaigiant lazerinį diodą, prie vienos jo pusės prilydoma vario plokštelė, o kitoje pusėje suformuojamas metalinis kontaktas. Kaupinimo veidrodžiai dažniausiai formuojami lygiai nuskeliant kraštus be jokio papildomo padengimo. Šviesos atspindžio koeficientas galio arsenido ir oro sandūroje yra 36%.
43. Kodėl optiniai pluoštai keičia metalinius kabelius?Plonas kabelis turi 144 stiklo pluoštus ir gali pernešti daugiau, kaip tris kartus telefoninių pokalbių, nei tradicinis varinės vielos kabelis. pirmus pramoninius stiklo pluoštus pradėjo gaminti Bell Systems aštunto dešimtmečio viduryje ir nuo to laiko optinio ryšio sistemos labai sparčiai keičia tradicines, nes dėl to daug kartų padidėja duomenų perdavimo kiekis ir sparta, sumažėja gabaritai ir kaina. Dabar praktiškai visos telekomunikacijos bei interneto ryšys vyksta per optinio ryšio kabelius. Šiuolaikiniu optinio ryšio kabeliu per sekundę galima perduoti 10 milijardų skaitmeninių bitų, pernešant vienu metu dešimtis tūkstančių telefoninių pokalbių.
44. Žingsninio rodiklio, nuolaidaus rodiklio ir vienmodė optinių pluoštų konstrukcija.
Trys labiausiai paplitę optinių pluoštų konstrukcijos:a) žingsninio rodiklio (step-index),b) nuolaidaus rodiklio (graded index),c) vienmodė (sigle-mode)
a pav. pavaizduota žingsninio rodiklio optinio pluošto konstrukcija. Šis pluoštas turi storą šerdį (iki 100 μm skermens) ir aštrų lūžio rodiklio perėjimą tarp šerdies ir apvalkalo medžiagos. Čia šviesos spinduliai išilgai ašies keliauja zigzagais ir todėl užtrunka nevienodą laiką, kol pereina visą kelią, todėl išėjimo impulsas išplatėja ir dėl to sumažėja impulsų, kuriuos galima perduoti per sekundę, skaičius. Šio tipo kabeliai dažniausiai naudojami ten, kur santykinai trumpas šviesos signalų perdavimo kelias, pvz., medicininiuose endoskopuose.b pav. pavaizduota nuolaidaus rodiklio optinio pluošto konstrukcija. Čia parabolinis lūžio rodiklio kitimas šerdies viduje (gaunamas, pridedant į silikatinį stiklą B2O3 ir GeO2 priedus) nukreipia šviesos signalą spiraliniu, o ne zigzaginiu keliu. Visi spinduliai čia pasiekia imtuvą beveik tuo pat metu, kaip ir spindulys, einantis centrine šerdies ašimi (centrinės ašies kelias yra trumpesnis, tačiau lėtesnis dėl didesnio lūžio rodiklio šerdies centre). Tokiame kabelyje skaitmeniniai impulsai mažiau iškraipomi, todėl informaciją galima perduoti didesniu tankiu. Tokie kabeliai daugiausiai naudojami vietinio ryšio tinkluose. c pav. pavaizduota vienmodė optinio pluošto konstrukcija su siaura šerdimi (nuo 5 iki 8 μm skermens). Tokia šerdimi šviesa sklinda didžia dalimi lygiagrečiai ašiai su nedideliais skaitmeninio signalo iškraipymais. Vienmodė konstrukcija reiškia, kad praktiškai sklinda vienas signalas ir impulso forma beveik neiškraipoma. Atitinkamai žingsninio rodiklio ir nuolaidaus rodiklio optinio pluošto konstrukcijos vadinamos daugiamodėmis. Vienmodės konstrukcijos pluoštai naudojami telefonų, televizijos ir interneto signalams perduoti milijonus kilometrų.45. Patalpų vidaus, požeminių, orinių ir povandeninių optinių kabelių konstrukcijos ypatumai.Pačią paprasčiausią konstrukciją turi patalpų vidaus kabeliai, kurių nereikia saugoti nei nuo drėgmės, nei nuo tiesioginių saulės spindulių ar labai didelio temperatūros skirtumo. Šio tipo kabeliams reikalingas parametrų stabilumas daug kartų susukant ir išsukant kabelį (t.y., didelis lankstumas) ir optinio kabelio parametrai turi nesikeisti lenkiant kabelį įvairiais kampais. Tam įvedamos papildomos armuojančios gijos:. Vienpluoštis optinis kabelis vidinei instaliacijai:
1-optinė skaidula; 2-dvisluoksnis apsauginis apvalkalas; 3-armuojantys stiklo siūlai;4-slopinantis užpildas; 5-tvirti armuojantys sintetiniai siūlai; 6-polivinichloridinis apvalkalas.Požeminiai kabeliai yra skirti magistralinėms ir zoninėms linijoms. Juos galima tiesti visų kategorijų grunte, kabeline kanalizacija, vamzdžiuose. Tokio kabelio temperatūrinis darbo diapazonas yra nuo –40°C iki +55°C. Pagrindinis reikalavimas šios grupės kabeliams yra mechaninis atsparumas tempiančioms ir lenkiančioms apkrovoms. Kabelį sudaro metalinė šerdis su armuotu elementu, aplink kurią yra sudaromas polimerinis sluoksnis su grupe optinių skaidulų. Paskui yra naudojami keli sluoksniai, skirti apsaugai nuo vieno ar kito išorinio poveikio. Oriniai optiniai kabeliai (kabeliai su laikančiu trosu) paprastai naudojami perėjimui nuo vieno pastato prie kito. Tokio kabelio pavyzdžiu gali būti. Svarbus šios grupės parametras yra kabelio atsparumas vibracijai, atsirandančiai pučiant vėjui, kuri įneša modalinius triukšmus ir slopinimo nestabilumą. Tokios konstrukcijos kabelis gali būti naudojamas tada, kai atstumas tarp adresato taškų yra ne daugiau nei 200 metrų. Jei reikia nutiesti didesnį atstumą, tai optinis kabelis yra paprasčiausiai įmontuojamas į jėgos kabelio vidų, nes optinio kabelio neveikia išorinis elektromagnetinis laukas. Optinis kabelis su laikančiu trosu:a)su bendru apvalkalu; b)susukti juosta1-optinė skaidula; 2-armuota šerdis; 3-slopinantis užpildas;4-plieninis trosas; 5-išorinis apvalkalas; 6-aliumininis sutvirtinantis elementas; 7-vidinis apvalkalas; 8-išorinė šviesolaidinio ruošinio apsauga; 9-išorinė troso apsauga.
Pačią sudėtingiausią konstrukciją turi povandeniniai kabeliai. Jie gali būti skirstomi į dvi grupes: trumpam atstumui po vandeniu (upė, ežeras, kanalas) ir optinis povandeninis kabelis dideliems atstumams. Kadangi pirmos grupės kabeliai neturi retransliatorių, tai jų regeneracinis ilgis gali būti iki 50 km. Antros grupės kabeliams linijos ilgis neribojamas. Konstruojant povandeninį kabelį reikia įvertinti tokius parametrus, kaip kabelio lankstumas, paprastas kabelio ardymas ir taisymas, taip pat turi būti paprasta kabelio nuleidimo ir iškėlimo technologija. Specializuoti reikalavimai yra giliavandeniam kabeliui, kuris turi atlaikyti didelį vandens spaudimą. Kabelis, tiesiamas nedideliame gylyje, turi būti apsaugotas nuo tinklų ir inkarų. Be to, jei kabelis tiesiamas šalia kranto, jis turi turėti padidintą mechaninį atsparumą. Povandeniniam kabeliui paprastai naudojamas 125mm skersmens šviesolaidis su apvalkalu ir 8 mm šerdimi. Taip pat gali būti naudojami gradientiniai šviesolaidžiai. Pav. yra pateikti sudėtingesnio, optinio kabelio su retransliatoriais schemų variantai:Povandeninis optinis kabelis su retransliatoriais: 1-išorinis apvalkalas; 2-polietileninis vidinis apvalkalas; 3-armuojantys plieniniai elementai susukti į skirtingas puses; 4-varinis vamzdis; 5-nailoninis apvalkalas; 6-optinė skaidula; 7-vidinis laidininkas; 8-armuota, profiliuota šerdis; 9-polietileninė juosta; 10-armuojantys elementai, susukti į vieną pusę.
46. Skystųjų kristalų displėjų veikimo principas.Skystųjų kristalų polimerai netelpa į standartinius kristalinių ir nekristalinių medžiagų rėmus. 20 pav. pavaizduota unikali skystųjų kristalų polimerų struktūrinė forma. Skystųjų kristalų polimerinėms molekulėms būdinga ištęsta strypelio pavidalo forma, kuri išsilaiko netgi skystoje fazėje. Pereinant į kietą fazę, tvarkinga molekulių rikiuotė išlieka, susidarant būdingiems tarpmolekuliniams tarpams. Šis unikalių polimerų efektas taikomas šiuolaikiniuose plokščiuose skystųjų kristalų displėjuose. Geriausių skystų kristalų displėjų (265 mm įstrižainės) mažiausias storis apie 12 mm, o jie sveria apie 500 g. Jie sudaryti iš skysto kristalo sluoksnio, esančio tarp elektrodų, kurių vienas turi būti skaidrus šviesai (tai plonu alavo oksido sluoksniu padengtas stiklas), poliarizatorių ir spalvotų filtrų. Vaizdą atkuria atskiri vaizdo elementai, sudaryti iš trijų skirtingų spalvų subelementų. Pagal elektros signalo komandą elemente orientuotas skystas kristalas, pakeisdamas šviesos poliarizaciją, poliarizatorių dėka keičia jos intensyvumą, o mažų tarpinių filtrų dėka ir spalvą. Kadangi skystieji kristalai nešvyti, šioje sistemoje vaizdui sukurti naudojamas išorinis baltos šviesos šaltinis. Spalvotam vaizdui gauti naudojamos trys pagrindinės spalvos: raudona, žalia ir mėlyna, išskiriamos filtrais iš balto šviesos šaltinio. Tačiau filtrai sugeria du trečdalius šaltinio šviesos, tuo padidindami displėjaus sunaudojamą galią. Nežiūrint jų sudėtingumo ir nemažo inertiškumo, kuris didėja krintant temperatūrai, plokščias skystų kristalų spalvotas ekranas yra plačiai naudojamas displėjams, o pastaruoju laiku ir televizoriams, nes alternatyvios sistemos dar negali jiems prilygti. Tačiau lyginant su tradiciniais katodiniais kineskopais jie yra blankūs, nedidelio apžvalgos kampo ir dar toli nuo idealaus rytdienos ekrano. Mobilaus kelioninio kompiuterio ekranas turi būti ne tik plokščias, bet ir lankstus. Tai leistų suderinti jo didelį plotą ir mažus matmenis. Tokie ekranai kuriami panaudojant liuminoforų elektroliuminescencijos reiškinį. Iki šiol informacijos vizualizacijai buvo naudojami neorganinių junginių elektroliuminoforai. Geriausiai žinomi cinko sulfido kristalai, į kuriuos šiek tiek įterpiama sunkiųjų metalų: vario, mangano, švino bei kitų elementų. Jie tampa švytėjimo centrais ir lemia spinduolio skleidžiamo švytėjimo spalvą bei skaistį. vėliau pradėti naudoti kalcio ir stroncio sulfidai, suaktyvinti retaisiais žemės elementais. Tokio liuminoforo plonas sluoksnis, užgarintas ant elektrai laidaus ir šviesai skaidraus padėklo, ir ant kito liuminoforo paviršiaus užgarinus aliuminio elektrodą, sudaro elektroliuminescencinį kondensatorių. Jis švyti sukūrus jame stiprų elektrinį lauką. Kadangi aktyvaus sluoksnio su izoliatoriumi storis (atstumas tarp elektrodų) yra apie 1 μm, stiprus laukas, o tuo pačiu ir švytėjimas buvo gaunamas prijungus 10–20 V įtampą. Švytėjimas iš tokio spinduolio sklinda per skaidrų stiklinį padėklą.
47. Kokios medžiagos vadinamos fotolaidininkais?Medžiagos, kurias apšvietus, jų elektrinis laidis išauga keliomis eilėmis vadinamos fotolaidininkais.Pvz., Selenas, polimerai.48. Kopijavimo aparatų veikimo principas?Kopijavimo aparatų veikimo principas:1. Tolygiai įelektrinamas spausdinimo būgno fotolaidus sluoksnis.2. Tam tikros būgno sritys paveikiamos šviesa ir praranda elektros krūvį. Ant būgno susiformuoja paslėptas vaizdas. 3. Įelektrintos tonerio dalelės atstumiamos nuo foną atitinkančių neįelektrintų būgno sričių ir prikimba tik prie įelektrintų sričių.4. Popieriaus lapas įelektrinamas priešingo ženklo krūviu ir toneris pernešamas nuo būgno ant popieriaus.5. Atliekamas tonerio prikaitinimas, taip fiksuojant jį popieriaus paviršiuje.6. Nuvalomas būgnas. Panašiu principu veikia ir lazeriniai spausdintuvai.49. Tonerių sudėtis ir sudėtinių dalių paskirtis?Toneriai – su termoplastinėmis dervomis sumaišyti pigmentai. Be to, į tonerius yra įmaišoma krūvį kontroliuojančių organinių medžiagų, suteikiančių tonerio dalelėms elektrostatinį krūvį. Toneriams naudojamos dervos dažniausiai yra stireno-akrilato kopolimerai. Jos aukštesnėse negu 65 – 70°C temperatūrose minkštėja ir tampa takiomis. Dervos sudaro apie 90 % tonerio tūrio.Pigmentai būna keturių spalvų: juodi, geltoni, žydri ir violetiniai. Pastarieji trys naudojami spalvotam spausdinimui bei kopijavimui. Skirtingų spalvų pigmentai yra gaminami iš skirtingoms klasėms priklausančių medžiagų ir dažniausiai įsielektrina nevienodai. Tam, kad kiekvienas pigmentas įgytų vienodą triboelektrinį krūvį ir būtų išvengta spalvų iškraipymo spausdinimo metu, pigmentų įsielektrinimo skirtumus turi kompensuoti krūvį kontroliuojančios medžiagos.50. Reikalavimai rašaliniuose spausdintuvuose naudojamam rašalui?Rašalinių spausdintuvų spausdinimo kokybę didžiąja dalimi lemia rašalo savybės. Rašalas turi būti labai takus. Tik tuomet jis bus greit išpurškiamas per mažo skersmens tūtą. Antra vertus, labai takus rašalas gali labai pasklisti popieriaus paviršiuje, kas pablogintų spaudos skiriamąją gebą. Dėl to rašalo klampumas dažniausiai būna 3-30 cP. Pasiekęs popieriaus paviršių, rašalas turi formuoti pastovaus dydžio ir spalvinio tankio taškus, nenutekėti į šalis, nepersisunkti per popierių, greit džiūti. Naudojant nepertraukiamos rašalo čiurkšlės technologijas, rašalas turi pakankamai ilgai išlaikyti elektros krūvį.51. Terminio pernešimo spaudos medžiagos?Vaško terminis pernešimas:Tai paprasčiausia iš visų terminio pernešimo technologijų. Ji dažnai naudojama spausdinant įvairių prekių etiketes.Spausdinimo procesas: Spalvotu vašku padengta plėvelė kontaktuoja su popieriniu ar plastiko pagrindu. Įkaitintos spausdintuvo galvutės adatos reikalingose vietose prispaudžiamos iš viršaus ir išlydo vašką. Išlydytas vaškas pernešamas ant pagrindo.Spausdintuvo galvutę sudaro autonomiškai kaitinamų adatų matrica. Kiekvienos adatos šiluminė laiko pastovioji yra dešimtųjų ms dalių eilės. Šiuo metodu pavyksta gauti itin sodrias spalvas. Antra vertus, skiriamoji geba yra ribota.Dažų difuzinis pernešimas:Vyksta dažų difuzinis terminis pernešimas nuo dažančios juostos ant spaudos pagrindo. Pagrindas paprastai gaminamas iš balto plastiko, padengto plona poliesterio plėvele. Spausdintuvo galvutė panaši kaip ir vaško terminiam pernešimui.Galvutės adatėlių įkaitinti dažai migruoja į pagrindą dėl molekulių difuzijos. Difundavusių molekulių skaičius priklauso nuo terminio impulso trukmės. 52. Anglies-cinko pirminių elementų veikimo principas?Anglies – cinko pirminiai elementai. Veikimo principas. Cinko anodas oksiduojasi: Zn — >Zn2++2e-. Cinko jonai patenka į elektrolitą. Dėl to anodas įgyja neigiamą krūvį. Jei elementas prijungtas prie išorinės grandinės, tai elektronai iš anodo patenka į anglies strypelį ir katodą. Katode įvyksta redukcijos reakcija: 2NH4++2MnO2+2e— >Mn2O3+2NH3+H2O Be to, elektrocheminiame elemente cinko jonai reaguoja su chloruZn2++4Cl— >ZnCl42-,Veikimo principas amoniakas reaguoja su cinko chloridu ir susidaro cinko diamino chloridasZnCl42-+NH3– >Zn(NH3)2Cl2+Cl-,mangano dioksidas reaguoja su cinko jonais Zn2++2MnO2+2e— >ZnO+Mn2O3 Cheminės reakcijos vyksta tol, kol išeikvojamas mangano dioksidas. Nors anglies – cinko elementai ir negali būti efektyviai atnaujinami įkraunant, tačiau įkroviklis trumpam gali pratęsti elemento tarnavimo laiką. Įkraunant elektros srovė elemente turi tekėti priešinga kryptimi elemento iškrovos srovei eksploatacijos metu.53. Šarminių pirminių elementų ypatumai?Šarminiai pirminiai elementai. Šarminiuose elementuose naudojami labai porėto cinko anodai, kuriuos lengviau oksiduoti. Šarminis elektrolitas yra laidesnis elektros srovei už rūgštinį. Dėl to, šarminiai pirminiai elementai geriau tinka, kai išvystomos stiprios iškrovos srovės. Šarminiai pirminiai elementai yra puikūs elektrinių skustuvų, portatyvinių televizorių, elektroninių žaislų ir kitų elektronikos įtaisų maitinimo šaltiniai, užtikrinantys stiprias maitinimo sroves. Stiprios iškrovos srovės režimu jie gali dirbti nuo penkių iki aštuonių kartų ilgiau negu anglies – cinko elementai.54. Rūgštinių akumuliatorių veikimo principas?Rūgštiniai akumuliatoriai. Veikimo principas. Iškrovos metu ties akumuliatoriaus neigiamu elektrodu vyks reakcija: Pb + HSO4- — > PbSO4 + H+ + 2e-, o ties teigiamu: PbO2 + HSO4- + 3H+ + 2e- — > PbSO4 + H2O. Bendra reakcija: Pb + PbO2 + 2HSO4- + 2H+ — > 2PbSO4 + 2H2O. Ties neigiamu elektrodu švinas reaguoja su neigiamais sulfato jonais, kurie kartu su teigiamais vandenilio jonais susidaro elektrolite. Šios reakcijos metu kiekvienas švino atomas praranda du elektronus ir tampa švino sulfato molekule. Laisvieji elektronai į teigiamą elektrodą patenka išorine elektrine grandine. Čia jie dalyvauja švino dioksido, sulfato ir vandenilio jonų cheminėje reakcijoje, kurios metu susidaro švino sulfatas ir vanduo. Ilgai naudojant akumuliatorių, elektrolito koncentracija mažėja, nes cheminių reakcijų metu naudojami sulfato jonai ir išsiskiria vanduo. Akumuliatoriaus generuojama elektros srovė silpnėja. Galop akumuliatorius pilnai išsikrauna ir nebetinka tolesniam naudojimui. Akumuliatoriaus iškrovos metu susidarantis švino sulfatas padengia švino elektrodą, dėl to galima atstatyti akumuliatoriaus gebą generuoti elektros energiją, jį įkraunant. Įkrova atliekama naudojant išorinį energijos šaltinį, kuris verčia elektronus judėti priešinga normaliam darbo režimui kryptimi (prie neigiamo akumuliatoriaus elektrodo jungiamas teigiamas šaltinio polius). Įkrovos metu visos cheminės reakcijos vyksta priešinga kryptimi. 55. Nikelio-kadmio akumuliatorių veikimo principas?Nikelio – kadmio akumuliatoriai. Nikelio – kadmio akumuliatorių veikimo principas yra toks pat kaip ir rūgštinių. Skiriasi tik naudojamos medžiagos. Neigiamas akumuliatoriaus elektrodas gaminamas iš kadmio, o teigiamas – iš nikelio hidroksido. Kaip elektrolitas naudojamas 1,26 savitojo tankio natrio šarmo vandeninis tirpalas. Ties neigiamu elektrodu vyksta reakcija: Cd + 2OH- — > Cd(OH)2 + 2e- ,o ties teigiamu:NiOOH + Cd + 2H2O — > 2Ni(OH)2 + 2Cd(OH)2 .Bendra cheminė reakcija akumuliatoriuje: 2NiOOH + Cd + 2H2O –> 2Ni(OH)2 + 2Cd(OH)2 Nikelio – kadmio akumuliatoriaus cheminė sudėtis leidžia jį hermetiškai užsandarinti. Taip užkertamas kelias koroziją sukeliančio elektrolito ištekėjimui. Šiuo metu nikelio – kadmio akumuliatoriai naudojami daugumoje portatyvinių elektrinių įrankių ir mobiliųjų telefonų. 56. Elektrocheminių elementų ir baterijų parinkimo kriterijai?Pagrindiniai kriterijai, kuriuos reikia įvertinti pasirenkant elektrocheminius elementus bei baterijas:Kaina.Dydis.Svoris.Elektrovaros jėga.Talpa (suminė elemente ar baterijoje sukuriama elektros energija).Maksimali generuojama srovė.Saugojimo laikas (laikas, per kurį nenaudojamos baterijos talpa sumažėja 10 %).Tarnavimo laikas.