Frage:
Perpetual Machine von einer PN-Junction-Diode
Yashkalp Sharma
2020-07-05 13:04:46 UTC
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C berücksichtigt eine PN-Sperrschichtdiode

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Nun bildet dieses System aufgrund der Diffusion natürlich einen Verarmungsbereich und wandelt sich in diesen um:

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Nun möchte ich die Enden dieser Diode mit einem leitenden Draht und einem Widerstand wie diesem verbinden:

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Daher erwarte ich, dass das elektrische Feld in diesem Raum wie folgt ausgerichtet ist (dunkelgrün angezeigt :)

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Dadurch sammeln sich die Ladungen im Draht folgendermaßen an:

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Schließlich neutralisiert dieses System alle Ladungen, so dass kein elektrisches Feld innerhalb und außerhalb der Diode verbleibt. Schaffung eines Gleichgewichtszustands für die freien Ladungen. So, wir werden wieder auf einer einfachen PN-Sperrschichtdiode ohne Verarmungsbereich und ohne elektrische Felder sein. .

Dies führt jedoch erneut zu einem Unterschied in der Elektronenkonzentration zwischen der N- und der P-Seite. Diese freien Hochgeschwindigkeitselektronen fließen natürlich von der N-Seite zur P-Seite und erzeugen ein elektrisches Feld, das später durch den leitenden Draht ausgeglichen wird

Ich erwarte daher, dass dieser Zyklus immer weiter andauert und zu einem kontinuierlichen Ladungsfluss durch den Widerstand führt. Insgesamt nimmt die Diode Wärme aus der Umgebung auf, während der Widerstand dort Wärme abgibt.

Or natürlich erwarte ich, dass diese Analyse falsch ist, aber ich kann nicht herausfinden, wo ich einen Fehler gemacht habe.

PS: Ich habe diese Frage ursprünglich beim Physics StackExchange gestellt, sie wird jedoch als ähnlich angesehen wie ( https://physics.stackexchange.com/questions/108314/why-isnt-there-a-potential) -Differenz-über-eine-getrennte-Diode). Ich bin jedoch immer noch nicht zufrieden, weil ich nicht finde, wo ich falsch liege. Die bloße Angabe, dass es keinen Potentialunterschied zwischen den Dioden gibt, hilft nichts.

Hier habe ich nur grundlegende Grundprinzipien der Elektrodynamik verwendet. Ich wäre dankbar, wenn jemand genau auf den Schritt hinweist, bei dem ich den Fehler mache.

Es ist von Vorteil, wenn Sie das elektrische Potential an jedem Punkt der Schleife ziehen können, der den PN-Übergang, die Drähte und den Widerstand enthält.
Sie haben fast die Photovoltaik erfunden!
Beantwortet das deine Frage?[Warum gibt es keinen Potentialunterschied zwischen einer getrennten Diode?] (Https://electronics.stackexchange.com/questions/106496/why-isnt-there-a-potential-difference-across-a-disconnected-diode)
Drei antworten:
Whit3rd
2020-07-05 13:45:27 UTC
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Diese Schaltung hat drei unterschiedliche Materialien: zwei dotierte Halbleiter Regionen und einen Draht (wir können erlauben Der Widerstand muss vom Typ Draht sein, also ist er nur ... Teil des Drahtes.

Das heißt, es gibt drei Kreuzungen. Während die Metallverbindungen vielleicht nicht sind Halbleiterdioden unterliegen sie der gleichen Ladungsdiffusion Grenzen an der Fuge und sogar zwischen Metallen gibt es eine bekannter Effekt (Thermoelement oder Seebeck-Effekt) aufgrund von Ladungsmigration an dieser Grenze.

Also die gesamte Kreissumme der Spannungen an diesen drei Übergängen könnte Null sein, aber keine der einzelnen Übergänge ist genau Null Stromspannung. In der Tat, wenn die Gelenke unterschiedlich sind Bei Temperaturen erhalten Sie einen Netto-Thermoelementeffekt und Strom kann durch den Widerstand fließen. Es ist jedoch eine Wärmekraftmaschine und keine ewige Bewegungslösung.

Die Metallurgie der Herstellung einer Metallverbindung zu einem Halbleiter ist ein erhebliches Problem und die einfachen Lösungen (für Silizium eine Aluminium-Grenzflächenschicht). werden oft nicht geschätzt.

Mit "nicht geschätzt" meinen Sie "nicht erwähnt", was dazu führt, dass diese Frage von OP gestellt wird?
Die eigentliche PN-Dioden-Draht-Schaltung enthält (aus technischen Gründen) mindestens eine zusätzliche Metalllegierung - möglicherweise mehrere - in der Schaltung.Die Frage erfordert keine Diskussion über diese (obwohl sie vorhanden sind).
@quetzalcoatl Nein, ich denke, es ist nur eine Randnotiz, die besagt, dass diese Verbindungen überraschend schwer herzustellen sind.Wie: Jeder denkt an Siliziumphysik, aber niemand denkt darüber nach, wie man Metalldrähte daran anschließt.
John Doty
2020-07-06 19:05:54 UTC
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Der von Ihnen beschriebene Prozess gleicht den Fermi-Pegel über die Kreuzung aus.Durch das Anschließen der Drähte werden die Fermi-Pegel der Drähte ausgeglichen.Der relative Fermi-Pegel wird von einem Voltmeter angezeigt, sodass ein anstelle Ihres Widerstands angeschlossenes Voltmeter Null Volt anzeigen würde.Es gibt keine Spannung, um einen Strom durch Ihren Widerstand zu leiten.

Die detaillierte Physik hier ist ein bisschen umwerfend: Selbst diejenigen von uns, die Dinge wie Chip-Design tun, werden manchmal verwirrt.Wikipedia hat einen ausgezeichneten Artikel dazu.

Matt Timmermans
2020-07-06 17:29:18 UTC
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Wenn Sie das Feld von einer punktförmigen Ladung - einem Elektron oder Loch - nehmen und um eine beliebige Schleife integrieren, addiert sich das Gesamtfeld entlang der Schleife zu Null.

Das Feld aus jeder Verteilung solcher Ladungen, das um eine Schleife integriert ist, ist die Summe des Feldes aus allen Punktladungen.Sie summieren sich alle einzeln zu 0, sodass Sie 0 erhalten, wenn Sie sie alle addieren.

Die eigentliche Antwort auf Ihre Frage ist also einfach: Es spielt keine Rolle, welche Art von Ladungsverteilung Sie haben - eine statische Ladungsverteilung drückt keine Elektronen um eine Schleife.

In diesem Fall haben Sie vergessen, den Spannungsabfall am PN-Übergang zu zählen.

Welcher Spannungsabfall am PN-Übergang?Was verursacht das?
Ich denke auch, dass Sie gerade Kirchoffs Spannungsgesetz angepasst haben, das offensichtlich nicht die Existenz von Batterien oder Sonnenkollektoren verbietet, die nützliche Energie produzieren.
Sehen Sie den grünen Pfeil, den Sie oben gezeichnet haben?Es widersetzt sich allen anderen.Das Verursachen einer Elektronen / Loch-Rekombination über den Verarmungsbereich verursacht Energiekosten.In einem Solarpanel wird dies durch das einfallende Licht bereitgestellt.
Das elektrische Feld um einen Stromkreis, der eine Batterie und eine Glühbirne enthält, ist ebenfalls Null, da das elektrische Feld von der Glühbirne dem elektrischen Feld von der Batterie entgegengesetzt ist.
Batterien werden durch chemische Reaktionen angetrieben, nicht durch Ladungsverteilungen.Es ist ein komplizierteres Thema, aber Sie können "Redoxreaktionen" googeln, wenn Sie mehr darüber erfahren möchten.


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