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【一陸技】精選300題_問031-電子効果

電子効果

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  会社の同僚たちと一陸技の勉強会をしています。
  勉強会では「合格精選300題 一陸技問題集」を使っています。
  本ブログでは勉強会で解いた問題の解説を掲載していきます。

合格精選300題 第一級陸上無線技術士試験問題集合格精選300題 第一級陸上無線技術士試験問題集
(1998/10)
吉川 忠久

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問31
次の選択肢で間違っているものを選べ。
1.半導体に光を当てると光電効果が生じる。これには、光が当たると導電率が増加する「光導電効果」、光が当たると表面から電子放出が行われる「光電子放出効果」および光が当たると起電力が生じる「光起電力効果」がある。
2.2種類の導体または半導体を接続し、閉回路を作ったとき二つの接続点に温度差があれば、この閉回路に電流が流れる現象を「ゼーベック効果」という。
3.2種類の導体または半導体を接続し、これに電流を流すと接続点で熱の発生または吸収が起こる現象を「ペルチェ効果」という。
4.一様な導体または半導体で、その一部に温度差があると、ここに電流を流した場合にその温度の変わり目で、熱の発生または吸収が起こる現象をトムソン効果という。
5.半導体に電流を流し、この電流に流れる方向に対して直角に磁界をかけると、磁界の方向に起電力が生じる現象をホール効果という。


電子効果に関する問題です。

電子効果とは、

電界磁界圧力または異物との接触などの外界からの刺激により、物質内の電子が移動または偏るなどによって生ずる多くの現象のこと」

をいいます。

例えば電子効果には、
太陽電池のように光エネルギーを電気エネルギーに変換される光電効果、
サーミスタのように熱エネルギーを電気に変換することで温度検出のできる熱電効果などがあります。

下記に代表的な電子効果についてまとめておきます。


◆光電効果
:光を物質に照射したときその電気的性質が変化する、または、物質に与えられた電気エネルギーが光に変化される現象。

 ・光起電効果(光→電気):光の照射による起電力の発生(太陽電池など)
 ・光伝導効果(光→電気):光の照射による導電率の変化
 ・光電子放出(光→電気):光の照射による電子放出
 ・電界発光 (電気→光):電界のもとでの再結合発光(発光ダイオード,半導体レーザ,ELセル)

◆電流磁気効果
:磁気エネルギーが電気エネルギーに変換される現象。運動する帯電粒子に、その運動と直角の方向に電界を加えると、それら両者と直角な方向に、速度と磁界の大きさに比例したローレンツ力が働く。真空中とは異なり、物質中では、ローレンツ力を受けたキャリアは結晶格子や不純物イオンと衝突するので特殊な現象を示す。

 ・ホール効果(磁気→電気):電流と直角に磁界を加えると両者に直交する起電力を発生
 ・磁気抵抗効果(磁気→電気):磁界による抵抗値の変化

◆熱電効果
:電気が熱に、また熱に電気に変換されるような熱と電気の間の現象。電流によるジュール熱の発生、温度による低効率の変化は熱電効果に含まない。

 ・ゼーベック効果(熱→電気):2導体間の温度差による起電力の発生
 ・ペルチェ効果 (電気→熱):2導体間に流れる電流による熱の発生または吸収
 ・トムソン効果 (電気→熱):一部に温度差のある一様な導体流れる電流による熱の発生または吸収


問題の解説

1~4の選択肢はどれも正しい文となっています。
正解は5で、ホール効果では電流と磁界の両者に直角な方向へ起電力が発生します。

では、ここでホール効果についてもう少し詳しく解説しておきましょう。


ホール効果

下図のようにn型半導体に電流Iを左から流し、上から磁界Bをかける場合を考えます。

n型半導体のキャリアである電子は電流と反対方向である左側へ移動します。
このとき電子は磁界中を移動することとなるので、
フレミングの左手の法則より、電子は手前から奥へ向かってローレンツ力fを受けることになります。


ホール効果1


ローレンツ力を受けた電子は下図のように、
半導体の奥側へ偏在することになります。
そうすると半導体の奥側がマイナスに、手前がプラスに帯電します。

結果、半導体の手前から奥へ向かって電界Eが生じ、
この電界による電位差がホール効果による起電力となります。
起電力は電流と磁界の両者に直交する方向に生じていることがわかります。


ホール効果2


以上がホール効果の簡単な説明です。

ところで、ホール効果の「ホール」とは正孔(ホール)とは関係ありません。
ホール効果の「ホール」とは、人名であり、
ホール効果を発見したエドウィン・ホールさんの名からきています。


参考文献

半導体素子半導体素子 - 標準電気工学講座 (20)
(1980/12)
石田 哲朗清水 東

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