:: wikimiki.org ::

סיליקון

סיליקון

צורן, הידוע יותר בשמו הלועזי סיליקון, הוא יסוד כימי שסמלו Si ומספרו האטומי 14. בשפה יום יומית אנו מתייחסים אל צורן (סיליקון, או Silicon) כמו אל סיליקון (Silicone), חשוב לציין שאלו לא אותם חומרים. צורן הוא יסוד ואילו סיליקון הוא שם כולל לתרכובות אי אורגניות (בעיקר פולימרים) שמכילות את היסוד צורן.

תכונות

בצורתו הגבישית, לצורן צבע אפור כהה וברק מתכתי. צורן הוא יסוד אדיש יחסית מבחינה כימית, הוא מגיב עם הלוגנים ומתכות אלקליות, אבל אינו מושפע מחומצות (פרט לתערובת חומצה חנקתית וחומצה פלואורית). צורן טהור מעביר 95% מאורכי הגל של אינפרא אדום. בצורה זו הוא נמצא לעיתים רחוקות בטבע, ובדרך כלל הוא מופיע כצורן דו חמצני (SiO₂).

שימושים

צורן הוא המרכיב העיקרי בזכוכית, מלט, קרמיקה, רוב השבבים האלקטרוניים, בסיליקונים (Silicone) ופולימרים על בסיס צורן. הצורן הוא אחד החומרים היחידים (בתור בסיס) אשר גם מוליך, וגם לא מוליך - הדבר נתון לבחירת המשתמש: אם נשנה את מצב הצבירה של הצורן, הוא יכול להוליך חום וחשמל, ואם נשנה את מצב הצבירה בשנית, הוא יפסיק להוליך חום וחשמל. דרך נוספת משמעותית יותר לשנות את מוליכות הסיליקון הוא זיהומו ביסודות אחרים עם תכונות חשמליות שונות (ללא שינוי מצב הצבירה). תכונה זאת של הסיליקון ומספר תכונות נוספות מאפשר לו להיות אבן ביניין חיונית ליצור טרנזיסטורים - הבסיס לכל סוגי האלקטרוניקה המודרנית. שימושים נוספים:
- צורן יכול לעיתים להועיל כשהוא מוסף לסגסוגות
- ייצור ארד, שהוא סגסוגת של נחושת וצורן.
- סיליקה (צורן דו חמצני) היא חומר גלם בייצור זכוכית.
- שילוב צורן בלייזר יכול ליצור אורך גל עקבי של 456 ננומטר.
- בניתוחים פלסטיים, לסיליקונים שימושים בהגדלת חזה בזכות גמישותם.
- לצורן תכונות שמבטיחות בעתיד ייצור מסכי LCD ותאים סולריים בעלות נמוכה.

היסטוריה

צורן זוהה לראשונה ע"י אנטואן לבואזיה ב1787, וב1800 הוגדר כתרכובת ע"י האמפרי דייווי. ב1811 לואי ז'וזף גיי-ליסק וLouis Jacques Thénard הכינו צורן לא טהור באמצעות חימום אשלגן וצורן ארבע פלואורי (SiF₄). ב1824 Jöns Jakob Berzelius הפיק צורן טהור לאחר שזיקק את התוצר שקיבלו גיי-ליסק וLouis Jacques Thénard. מכיוון שצורן הוא יסוד חשוב בתעשיית המוליכים למחצה וההיי-טק, נקרא אזור ההיי-טק בקליפורניה "עמק הסיליקון".

צורה בטבע

הצורן הוא היסוד השני בשכיחותו בקרום כדור הארץ (אחרי חמצן), ומהווה 25.7% ממשקלו. הצורן מופיע בחול, קוורץ, גרניט, בעיקר בצורת צורן דו-חמצני (הידוע גם בשם סיליקה) או סיליקטים (תרכובות של צורן, חמצן ומתכות שונות).

ייצור

צורן מופק מסחרית בחימום סיליקה טהורה בכבשן חשמלי, המשתמש באלקטרודות מפחמן. בטמפרטורה העולה על 1900C°, מתרחשת התגובה הבאה:

\ SiO_ + C_ \rarr Si_ + CO_

צורן נוזלי מצטבר בתחתית הכבשן, מנוקז ומקורר. בשיטה זו מתקבל צורן 99% טהור ואחד מתוצרי הלוואי הוא SiC. על מנת להימנע מתוצר לוואי זה, ריכוז הצורן הטהור נשמר גבוה ואז מתרחשת התגובה:

\ 2SiC_ + SiO_ \rarr 3Si_ + 2CO_

טיהור

השימוש בצורן בתעשיית המוליכים למחצה דורש ייצור צורן טהור כמה שאפשר, לא כמו בשימושים אחרים שבהם אפשר להסתפק באחוזי צורן נמוכים יחסית. שתי שיטות בולטות במיוחד:

טכניקה I

טכניקות טיהור צורן ראשוניות התבססו על העובדה שכשצורן ניתך ולאחר מכן מתמצק, המצב המוצק מכיל צורן טהור יותר מהמצב הנוזלי. הטכניקה הראשונה, שתוארה ב1919 ושימשה בייצור מכ"ם במלחמת העולם השנייה, כללה ריסוק צורן גבישי לאבקה והשרייתו בחומצה. כשצורן נטחן לאבקה, חלקים מזהמים (מרכיבים שאינם צורן) מופנים כלפי הצד החיצוני של גרגרי האבקה ונשטפים עם החומצה.

טכניקה II

יותר קל לטהר צורן מתרכובות שלו מאשר מצורתו הגבישית. SiCl₄ וSiH₄ הן התרכובות השימושיות ביותר וכשהן במצב צבירה גז ונוגעות בצורן בטמפרטורה גבוהה, הן משתלבות איתו ויוצרות צורן טהור. בטכניקה הנפוצה ביותר, שנקראת תהליך סימנס, מוטות צורן טהורים נחשפים לHSiCl₃ גזי ב1150°C. הצורן שבגז מצטרף למוטות הצורן בהתאם לתגובה הבאה:

\ 2HSiCl_ \rarr Si_ + 2HCl_ + SiCl_

בשיטה נוספת, הפיקה חברת דופונט צורן טהור ברמה גבוהה כשחשפו SiCl₄ לאבץ ב950°C בהתאם לתגובה הבאה:

\ SiCl_ + 2Zn_ \rarr Si_ + 2ZnCl_

בסופו של דבר טכניקה זו נזנחה לטובת תהליך סימנס מכיוון שהייתה כרוכה בבעיות רבות.

אמצעי זהירות

מחלת ריאות בשם "צורנת" מופיע אצל כורים, סתתים ושאר אנשים שעבדו ושאפו אבק סיליקה בכמויות גדולות.

קישורים

- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Si/key.html צורן בWebelements (אנגלית)]
- [http://mineral.galleries.com/minerals/elements/silicon/silicon.htm מידע ותמונות על מינרלים שמכילים צורן (אנגלית)] קטגוריה:יסודות כימיים קטגוריה:מטלואידים ja:ケイ素 ko:규소 th:ซิลิคอน

יסוד כימי

יסוד כימי או בקיצור, יסוד, הוא חומר שמורכב מאטומים בעלי אותו מספר של פרוטונים בגרעין. מספר זה הוא המספר האטומי של היסוד. דוגמה: כל האטומים שלהם שישה פרוטונים בגרעין הם אטומים של היסוד פחמן, וכל האטומים עם 92 פרוטונים בגרעין הם אטומים של היסוד אורניום. הדרך המקובלת ביותר להציג את רשימת היסודות בדרך מסודרת היא הטבלה המחזורית של היסודות. המדע העוסק בחקר היסודות ותכונותיהם הוא מדע הכימיה.

ראו גם

- יסודות כימיים (לפי שם)
- יסודות כימיים (לפי מספר אטומי)
- מונחים במבנה האטום Category:כימיה
- ja:元素 ko:화학 원소 ms:Unsur kimia simple:Element th:ธาตุเคมี

מספר אטומי

מספר אטומי (atomic number) הוא תכונה של יסוד כימי, המתארת את מספר הפרוטונים שבגרעין האטום, ולכן גם את מספר האלקטרונים שבאטום במצבו הנייטרלי. אופיו הכימי של האטום נקבע לחלוטין על ידי מספר זה.

ראו גם

- מונחים במבנה האטום קטגוריה:תכונות כימיות als:Ordnungszahl ja:原子番号 ko:원자 번호 th:เลขอะตอม

תרכובת

בכימיה, תרכובת היא חומר הבנוי משני יסודות או יותר, הקשורים ביניהם בקשר כימי. לתרכובת תכונות כימיות משל עצמה, השונות מתכונות מרכיביה. דוגמה: NaCl (מלח בישול) הוא תרכובת של נתרן וכלור. יש להבדיל בין תרכובת לבין תערובת, שבה יש חומרים אחדים יחדיו, אך ללא קשר כימי ביניהם, כך שכל חומר שומר על תכונותיו הכימיות. סוגי תרכובות:
- תרכובת יונית (מלח)
- תרכובת עם קשר קוולנטי (בדרך-כלל בין שתי אל-מתכות) יש להבחין בין סגסוגת לבין תרכובת. סגסוגת היא תערובת של מתכות ולא תרכובת. בסגסוגת מתיכים מתכות שונות באופן כזה שהמבנה היסודי של המתכת, גביש המשתרע לכל גודלו של גרעין מתכת, נשאר ללא פגיעה. קטגוריה:כימיה ja:化合物 ko:화합물 simple:Chemical compound th:สารประกอบเคมี

פולימר

פולימר (Polymer) הוא שרשרת ארוכה של מולקולות שחוזרות על עצמן n פעמים. אם הפולימר מכיל פחות מ-50 יחידות חוזרות, הוא אינו נקרא פולימר. שם נוסף של פולימר הוא "מולקולת ענק". מולקולות הענק של הפולימר נוצרות מהתחברות של הרבה מולקולות "קטנות". למולקולות "הקטנות" שמסוגלות ליצור פולימר קוראים מונומר ( ביוונית: מונו- אחד, מר- יחידה) מקור השם פולימר ביוונית פולי- הרבה , מר-יחידה. פולימרים מלאכותיים מעשה ידי אדם הם כל סוגי הפלסטיק, בהם פוליאתילן, פוליאמיד (ניילון), פוליקרבונט, פוליאוריתן ועוד. פולימרים מלאכותיים משמשים כמעט בכל התעשיות, כמו רכב, מחשבים, בינוי ועוד. חלקים מסויימים באקדחים מסויימים (גלוק, למשל, אך לא רק) עשויים מחומר פולימרי. כל החומרים הפלסטיים הם פולימרים, אבל לא כל פולימר הוא חומר פלסטי. השרטוט הבא מדגים פולימריזציה של אתן לפוליאתן: תמונה:Example_polymerization.png

פילמור

התהליך שבו מתקשרות מולקולות "קטנות" לשרשרות ארוכות נקרא פילמור, ישנם שני סוגי של פילמור

פילמור על ידי סיפוח

בפילמור על ידי סיפוח, שמים פחממנים בעלים קשרי כפולים כמו אתן, בעזרת יזם או זרז מתפרקים הקשרים הכפולים והמולקולות מתחברות, מה שמייחד שיטת פילמור זו הוא שהשידרה של הפולימר עשויה רק מפחמן.

סיפוח באמצעות יזם

סיפוח באמצעות יזם מתבצע בנוכחות יזם רדיקאלי, כלומר מולקולה בעלת אלקטרון חופשי כדוגמת

CH_2O \cdot

, האלקטרון החופשי של היזם מתחבר לקשר הכפול ומפרק אותו ומשאיר את המולקולה החדש כיזם רדיקאלי נוסף הממשיך את התהליך:

CH_2O \cdot + CH_2=CH_2 \rightarrow CH_2 - O - CH_2 - CH_2 \cdot

החיסרון בתהליך זה הם הווצרות הסתעפויות רבות, מה שיוצר פולימר אמורפי, חסר צורה, ורך.

סיפוח באמצעות זרז

סיפוח באמצעות זרז מתבצע על פני זרז, כשכל מונומר מצטרף לקצה הפולימר ולא יכול לבצע הסתעפויות. מה שיוצר מולקולות ארוכות ולא מסועפות, ולכן קשות יותר ויציבות. כמות הזרז תקבע האם יהיו הרבה פולימר קצרים או מעט ארוכים.

פילמור על ידי דחיסה

בפילמור על ידי דחיסה, נוצר הפולימר על ידי תגובות כימיות בין מולקולות כמו: חומצה קרבוקסילית-כהל, חומצה קרבוקסילית-אמין, ולכן בשידרת הפולימר משתתפים גם חנקן וחמצן מלבד הפחמן. תהליך הפילמור בדחיסה נעשה בשלבים, קודם כל מולקולות קצרות, ולאחר מכן המולקולות הקצרות מתחברות למולקולות ארוכות יותר, ולכן נקרא פילמור זה גם בשם פילמור בשלבים.

נתונים כימים על פולימרים

מסה ממוצעת היא המסה של הפולימר בגרם למול דרגת פילמור היא כמות היחידות החוזרות הממוצעת הקיימת בחומר פולימרי מסויים. דרגת בפילמור מחושבת על ידי חלוקת המסה הממוצעת במסה המולרית של היחידה החוזרת. אורך ממוצע, בגלל האורך של הפולימר, הוא יכול להתפתל ולכן אורך המולקולה לא קבוע, לכן חושבה נוסחא על מנת לחשב את האורך הממוצע, הנוסחא היא:

\bar=\sqrt \cdot l

כש-n הוא דרגת הפילמור ו-l הוא אורך המונומר. Category:כימיה category:כימיה אורגנית ja:重合体 ko:중합체 ms:Polimer th:โพลีเมอร์

אפור

אפור הוא צבע נפוץ בטבע. הוא נוצר על ידי ערבוב לבן ושחור בפרופורציות שונות. העין האנושית רואה לעתים עצמים בצבעים מסויימים, בתלות בתנאי התאורה, כאפורים.

שימוש ומשמעות

- "חיים אפורים" מציינים חיים משעממים, ללא מטרה או תועלת.
- אפור היה צבע מדי חיילי מדינות הקונפדרציה של ארצות הברית במהלך מלחמת האזרחים האמריקאית, בניגוד לכחול שהיה צבע מדי חיילי הצפון.
- באופן קצת אירוני, "אפור", או גווני האפור, משמשים כביטוי לרב-גוניות, וזאת כניגוד לדיכוטומיה החדה של שחור ולבן.
- "החיים זה לא רק שחור ולבן. יש גם הרבה אפור באמצע"
- בדיונים על מוסר, אפור או "שטח אפור" מסמל תחומים שאינם ניתנים להכרעה ברורה.
- אפור מקושר גם לסתיו, מזג אוויר סגרירי, ועצבות.
- שערם של אנשים מבוגרים נוטה להאפיר, על כן אפור מסמל גם זקנה.
- החומר שממנו מורכב המוח הוא בצבע אפור, על כן משתמשים בו בביטויים כמו "להפעיל את התאים האפורים", במובן של "לחשוב".
- המונח שוק אפור מתייחס להלוואות שאינן נלקחות בבנק, ואשר ניתנות בדרך כלל ללווים אשר הבנק מסרב להלוות להם כסף, משום שהוא רואה בהם סיכון. אופן הגבייה של השוק האפור מתבסס על איומים גופניים וגבייה אגרסיבית ולא בהכרח חוקית.
- חינוך אפור הוא העשרה בתשלום שמקבלים ילדים להורים אמידים, באופן מוסדר על ידי בית הספר, אף על פי שקיים חוק חינוך חובה חינם.
- עבודה אפורה היא עבודה משעממת וחסרת תהילה.

הבסיס לצבעים משלימים

שני צבעים ייחשבו משלימים אם ערבובם יוצר את הצבע האפור. המשלימים הראשיים בפסיכולוגיה הם: שחור ולבן כחול וצהוב אדום וירוק צבעים משלימים נוספים הם למשל: כתום וכחול ים ליים וסגול אפור הוא כמובן המשלים של עצמו. בדמות גרר, אותה ניתן לראות לאחר שמביטים בתמונה למשל כ-30 שניות, הצבעים יהפכו למשלימים שלהם.

קואורדינטות

- RGB:
- R: 128
- G: 128
- B: 128 :כל גווני האפור הם פתרונות של אי-השיוויון: ::

0 \le ( R = G = B ) \le 255

:שלשת הקסא: #808080
- CMYK:
- C: 0
- M: 0
- Y: 0
- K: 128 :כל גווני האפור הם פתרונות של אי-השיוויון: ::

0 \le K \le 255

כאשר

C = M = Y = 0

. :באופן תאורטי, אפשר להגיע לצבע אפור עם דיו מושלם כאשר: ::

C = M = Y

וגם

K = 0

- HSV:
- H: 0
- S: 0
- V: 50 :כל גווני האפור הם פתרונות של אי-השיוויון: ::

0 \le V \le 100

כאשר

H = S = 0

. Category:צבעים ja:灰色 simple:Gray

מתכת אלקלית

מתכת אלקלית היא יסוד מתכתי, לרוב מוצק בטמפרטורת החדר, רך ופעיל מאוד. המתכות האלקליות הן המתכות הנמצאות בטור הראשון בטבלה המחזורית. במגע עם מים המתכת הופכת לבסיס. כתוצאה מהתגובה נוצרים יוני הדרוקסיד (HO). בנוסף לכך משתחררת מולקולת מימן, לעתים תוך כדי יצירת אש כאשר המימן הנפלט בתהליך זה נדלק מפאת החום.

רשימת המתכות האלקליות

- ליתיום
- נתרן
- אשלגן
- רובידיום
- צזיום
- פרנציום

ראו גם

- מתכת אלקלית עפרורית קטגוריה:כימיה ja:アルカリ金属 ko:알칼리 금속 ms:Logam Alkali th:โลหะแอลคาไล

חומצה

חומצה היא חומר שמוסר פרוטון (על פי בראונסטד לאורי), מעלה את ריכוז יוני ההידרוניום (⁺H₃O) כשהוא מתמוסס במים (על פי ארניוס) או קולט זוג אלקטרונים (על פי לואיס). עליית ריכוז גרעיני המימן במים עשויה לנבוע מאחת משתי תופעות: החומר עשוי להכיל מימן, ולהביא להמסתו במים כיון. ליתר דיוק, יון המימן אינו מצב יציב - המימן מומס במים כ ⁺H₃O (יון הידרוניום). במקרה כזה, בדרך כלל מומס במים גם יון שלילי מסויים. למשל:

\ HCl+H_2O \rightarrow Cl^- + H_3O^+

בתהליך זה מולקולת HCl שימשה בתור חומצה. אפשרות נוספת לחומצה היא חומר הגורם לפירוק המים: החומר מושך אליו יון OH^-, ומה שנותר ממולקולת המים הוא רק יון מימן, ההופן להידרוניום בסיוע מולקולת מים נוספת. בתהליך חומצה-בסיס משתתפים שני חומרים. חומר אחד משמש כחומצה, והוא מעביר את המימן לחומר השני, המשמש כבסיס, הקולט את גרעין המימן. בתהליך סתירה בין חומצה ובסיס מתקבלים מלחים, לדוגמא:

\ NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O

ישנן חומצות חזקות כמו HCl, HBr, HI והתחמוצות HNO₃, H₂SO₄, HClO₄, לעומת זאת רוב החומצות הינן חומצות חלשות ותהליך התגובה כמעט ואינו מתרחש, כלומר, מאחר שמדובר בתגובה היא דו כיוונית, המשמעות היא שחומצה מומסת במים באותה מידה שחומצה מפסיקה להיות מומסת במים, והכמות הכוללת של החומצה המומסת במים בזמן נתון זניחה (שיווי משקל כימי). כאשר ממיסים חומצה במים מתרחש תהליך אקסותרמי. תהליך זה הוא חלש כאשר מדובר בכמויות מזעריות של חומצה, אך אם ממיסים מים בחומצה (מוזגים מעט מים לכלי המכיל חומצה) עלול להתרחש פיצוץ, עקב האנרגיה הרבה המשתררת בתהליך ולכן תמיד כאשר רוצים לערבב חומצה (חזקה) יחדיו עם מים דרוש למזוג מעט חומצה אל הרבה מים מספר פעמים ולא למזוג מעט מים אל חומצה. תמיסה חומצית היא תמיסה מימית בעלת pH נמוך מ־7. השם "חומצה" ניתן לה על שום טעמה החמוץ.

חומצה חזקה

חומצה חזקה היא תרכובת חומצתית, המתפרקת ליונים בתוך תמיסה מימית בתהליך:

\ AH + H_2O \rightarrow A^- + H_3O^+

דוגמאות לכמה חומצות החזקות הן:
- ההידרידים:
- חומצה מימן כלורית,

HCl

- חומצה מימן ברומית,

HBr

- חומצה מימן יודית,

HI

- חומצות חמצניות
- חומצה על כלורית,

HClO_4

- חומצה חנקתית,

HNO_3

- חומצה גופרתית,

H_2SO_4

הגדרת חומצות ובסיסים ע"פ בראונסטד ולאורי

#חומצה היא כל חומר המוסר פרוטון ⁺H #בסיס הוא כל חומר הקולט פרוטון ⁺H הגדרות אלה באו להשלים את הגדרותיו של אהרניוס שקבע שחומצה יוצרת יוני הידרונים ⁺H₃O ובסיס יוצר יוני הידרוקסיד ^-OH ומשמשות לסיווגם של חומרים נטרלים ולכן פחות מדויקות. קטגוריה:כימיה ja:酸と塩基 ko:산 (화학) simple:Acid th:กรด

חומצה חנקתית

חומצה חנקתית (HNO₃) משמשת בתגובות כימיות רבות בין המפורסמות שבהן היא תגובת הניטרציה.
בגלל שחומצה חנקתית משמשת לניטרציה קוראים לה גם חומצה ניטרתית.
את החומצה החנקתית מפיקים באמצעות חנקת אשלגן (KNO₃) וחומצה גופרתית (H₂SO₄).
החומצה החנקתית מסוכנת מאוד למגע.
בין השימושים של החומצה החנקתית: לייצור דשנים, חומרי נפץ, ובטון.
חומצה חנקתית היא חומר מחמצן חזק.
כאשר חומצה חנקתית חשופה לאור או לחום היא משחררת תחמוצות חנקן.
קטגוריה:חומרים כימיים ja:硝酸

אינפרא אדום

תת-אדום או אינפרה אדום הוא קרינה אלקטרומגנטית שלה אורך גל ארוך משל האור הנראה, אך קצר משל קרינת מיקרוגל. משמעות השם "אינפרה אדום" נעוצה במלה הלטינית Infra, שמשמעותה "מתחת".

היסטוריה

את הקרינה האינפרה אדומה גילה האסטרונום הבריטי ויליאם הרשל בשנת 1800. בניסוי בו הצמיד מדחום כספית למנסרה שמפצלת את הצבע הלבן לצבעי הקשת, כאשר ניסה למדוד את טמפרטורת הצבעים שנשברת בו, וגילה שמעבר לצבע האדום הנשבר דרך המנסרה, עלתה הטמפרטורה במדחום באופן קיצוני, אף שלא היה נראה שם שום צבע.

בטבע

בעלי חיים שונים מסוגלים לראות אור בתדר תת-אדום. טורפים שונים, למשל, כגון נחש העכסן, משתמשים בראיית תת-אדום למעקב אחר חום הגוף של טרפם גם בשעות הלילה, או כשהטרף מסתתר בסבך צמחיה, וכו'.

שימושים

- ישומים צבאיים
- ראיית לילה - שימוש נעשה בקרינת התת-אדום ביישומים צבאיים לראיית לילה. מכיוון שחום הגופים שונה, מצלמות אינפרה אדום מסוגלות להמיר את הפרשי החום השונים לתמונה. וכך ניתן לראות תמונות שלא ניתן לראות באור רגיל, למשל אדם שמסתתר מאחורי שיח או מנוע מכונית מותנע.
- הנחיה - כלי נשק מונחים תת אדום. טילים מונחי תת אדום מתבייתים על חתימות חום. וכך טיל הנורה לכיוון כללי של מטרה חמה, כמו מטוס או רכב, יכול להתביית אל מנועו. כך למשל טילי כתף מונחי אינפרה אדום אמורים להתביית על המפלטים הלוהטים של מנועי סילון. אמצעי נגד מוכר, הוא הנור שפולט מטוס קרב, בכדי לשבש את ההתבייתות של הטילים עליו.
- ישומים אזרחיים
- תקשורת בין מכשירים - תקשורת בין שלט רחוק למכשיר שהוא מפעיל (מכשיר טלוויזיה וכדומה) נעשה באמצעות קרני תת אדום. העברת מידע נעשת בדרך הזו, גם בין מכשירי טלפון ניידים ומחשבי כף יד ובין התקנים נוספים, לצורך העברת מידע ממכשיר למכשיר, כך למשל אפשר במחשבי כף יד פאלם להעביר כרטיס ביקור ממחשב למחשב בלחיצת מקש. שלטי הטלוויזיה הראשונים שייצרה חברת זנית, היו מבוססים על אור רגיל, מה שגרם לבעיות לא מעטות, כי הדלקת אור רגילה היתה מפעילה את הטלביזיה.
- תרמוגרפיה הנדסית - באמצעות מצלמת תת אדום מיוחדת, ניתן להבחין בכשלים בבניה, בעיות ניקוז, פיצוץ בצינורות וכדומה.
- מדידת מרחק - מדידת מרחק של עצמים נעשית באופן שגרתי במצלמות אוטו רפלקס.
- כיבוי אש - כבאים עושים שימוש במצלמות תרמיות בחדרי אפופי עשן, כמו כן, נעשה שימוש לאחר הכיבוי לאיתור נקודות חמות מאחורי קירות, שעלולים לחדש את השריפה לאחר שכובתה.
- עכבר מחשב - דגמים המכונים "אופטו-מכניים" משתמשים באור תת-אדום כדי למדוד את מידת התנועה של גלגלים, המסובבים על-ידי הכדור שבבסיס העכבר. גם בחלק מהדגמים האופטיים נעשה שימוש באור תת-אדום, כדי לשפר את מידת הדיוק של העכבר.

ראו גם

- IRDA

קישורים חיצוניים

- [http://www.bnebeytcha.co.il/maamar_main.asp?maamar_id=398 תרמוגרפיה אינפרה אדומה] בפורטל בנה ביתך
- [http://www.haaretz.co.il/hasite/pages/ShArt.jhtml?itemNo=104509&contrassID=2&subContrassID=18&sbSubContrassID=0 עקרונות הפעולה של שלט], באתר "הארץ"
- [http://www.haaretz.co.il/hasite/pages/ShArt.jhtml?itemNo=115099&contrassID=2&subContrassID=18&sbSubContrassID=0 עקרונות הצילום האוטומטי], באתר "הארץ" קטגוריה:קרינה אלקטרומגנטית ja:赤外線

מלט

מלט הוא חומר המשמש בבנייה למילוי הרווחים שבין הלבנים ולהדבקת הלבנים זו לזו. המלט הוא תערובת של חול, אבקת דבק ומים; לאחר יישומו הוא מתייבש והופך לקשיח. המלט העתיק ביותר עליו ידוע לנו נוצר במצרים העתיקה והיה תערובת רכה של גבס וחול. מלט סיד, המבוסס על סיד חי,

\!\, CaO

, התגלה בשנת 4000 לפנה"ס, בערך בתקופה בה נבנו הפירמידות הגדולות. מלט סיד מתקבל על-ידי חימום אבן סיד,

\!\, CaCO_3

, כך שמשתחרר ממנו גז פחמן דו-חמצני,

\!\, CO_2

, ומתקבל

\!\, CaO

. התוצאה מעורבת עם מים לקבלת סיד כבוי המשחרר חום ומתייבש לאיטו למוצק

\!\, Ca(OH)_2

. הסיד הכבוי גמיש למדי וקל לשימוש. במשך הזמן הוא מגיב עם הפחמן הדו-חמצני שבאוויר והופך שוב ל-

\!\, CaCO_3

, תוך שחרור מים. במלט סיד השתמשו ברחבי העולם כולו, בעיקר באימפריה הרומית ובאירופה ואפריקה. מלט מודרני (צמנט) פותח לראשונה בידי הרומאים אך השימוש בו נעשה נפוץ רק במאה ה-18, והוא החליף לחלוטין את מלט הסיד רק ב-1930 לערך. מלט סיד התקשה לאט יותר, אך גמיש יותר, כך שהיה מתאים יותר לשימוש עם לבנים רכות, מהסוג בהן נעשה שימוש בעבר. הצמנט חדיר פחות למים, קשה יותר, ומתאים יותר לשימוש עם לבנים מודרניות. קטגוריה:הנדסה אזרחית קטגוריה:בנייה קטגוריה:חומרים כימיים ja:モルタル

קרמיקה

קדרות היא אומנות של יצירת כלים העשויים מחרס. את הצורה מקנים ליצירה כאשר החומר כיורי (פלסטי) ולאחר יבוש מלא מכניסים אותו לשריפה בתנור, בחום גבוה הגורם להתחרסותו. מקור המונח הוא מהמילה "קדרה". אדם העוסק בקדרות נקרא "קדר". ישנן טכניקות רבות ליצירה בחומר. ניתן להשתמש באובניים, מכשיר המסובב את היצירה ומאפשר לאומן לעצב אותה תוך כדי סיבוב. אפשרות אחרת היא לעצב את החומר בידיים או בעזרת כלי עבודה שונים.
-

שבב

] מעגל משולב (Integrated circuit IC) (לעיתים מכונה: שבב, ג'וק או צ'יפ), הוא מעגל חשמלי מיקרוסקופי, המכיל בתוכו מרכיבים אלקטרוניים העשויים מוליך למחצה, שמספרם יכול לנוע בין עשרות בשבבים לוגיים פשוטים ועד לכמה מאות מיליונים כמו במעבדים המתקדמים ביותר של ימינו. המעגל המשולב הופיע בשנות ה-60 של המאה ה-20, והחליף תוך זמן קצר את שפופרות הריק, ששימשו עד אז לבניית מעגלים אלקטרוניים. למעגלים משולבים יתרונות רבים, כגון המימדים הקטנים, יעילות גבוהה והאפשרות לייצור המוני. כיום לאחר חצי מאה מאז הופעתם, הם חדרו לכל תחומי חיינו. הם מהווים חלק חשוב ממכשירים אלקטרוניים רבים, כדוגמת מחשבים טלפונים סלולריים ואף מוצרי צריכה ביתיים המכילים בתוכם מעגלים משולבים.

ייצור

מעגלים משולבים מיוצרים על גבי בסיס (substrate), העשוי מחומר מוליך למחצה - בדרך כלל סיליקון חד-גבישי, ועבור יישומים ייחודיים, גליום ארסניד או אינדיום-פוספיד. בשיטות הייצור ההמוני משתמשים בדרך כלל בפרוסה של חומר הבסיס, שצורתה עיגול קטוּם. פרוסה זו מכונה בעגה המקצועית 'wafer'. שיטת הייצור ההמוני של מעגלים משולבים מבוססת על טכניקות של צילום, ונקראת פוטוליתוגרפיה. בשיטה זו, עבור כל שלב בתהליך מיוצרת תבנית (pattern) או מסיכה בעגה מקצועית, המתארת את איזורי ההשפעה של אותו תהליך על פני ה-'wafer'. כל שלב בתהליך הייצור מחולק לשלבי המשנה הבאים: # ציפוי ה-'wafer' בחומר רגיש לאור, הנקרא פוטו-רסיסטור. חומר זה משנה את תכונותיו בעקבות חשיפה לאור - האיזורים שנחשפו יגלו תכונות שונות מאלה שלא נחשפו לאור. # חשיפת ה-'wafer' לאור, העובר דרך מסיכה. המסיכה גורמת לכך שרק חלקים מסויימים של ה-'wafer' ייחשפו לאור. # איכול סלקטיבי של הפוטו-רסיסטור. ה-'wafer' מוטבל בחומר המאכל אך ורק חלקים מסויימים מהפוטו-רסיסטור - או את אלה שנחשפו, או את אלה שלא נחשפו (בתלות בחומר המשמש כפוטו-רסיסטור, ובטיב החומר המאכל). # ביצוע פעולה כימית או פיזית על ה-'wafer'. בשלב זה, חלקים מסויימים של ה-'wafer' מכוסים בפוטו-רסיסטור, ומוגנים בפני הפעולה הכימית או הפיזית המופעלת עליו. כך, הפעולה הכימית או הפיזית משפיעה רק על חלקים מסויימים של ה-'wafer', ויוצרת בו מבנים בעלי תכונות חשמליות. במהלך תהליך הייצור, מופעלות על ה-'wafer' פעולות כימיות ופיזיות שונות, ביניהן:
- נידוף (deposition) - תהליך של השמת שכבות נוספות של חומרים שונים, כגון מתכות על גבי הבסיס. הנידוף יכול להיות כימי, כלומר להתבסס על תגובה כימית, או פיזקלי, כלומר, להתבסס על תופעות פיזיקליות שונות, כגון התעבות של חומר ממצב גזי למצב מוצק.
- איכול (etching) - זהו השלב של הרחקת חומרים עודפים מהבסיס על מנת ליצור את המסיכה. מבחינים בין איכול רטוב (איכול בעזרת חומרים נוזליים, לרוב תמיסות, לבין איכול יבש (איכול בעזרת גז או פלסמה).
- סימום (doping) - הוספת זיהומים למוליך למחצה על מנת לשנות את מוליכותו החשמלית.
- חימצון
- גידול שכבות דקות בעזרת התהליכים המתוארים לעיל ניתן ליצור את המרכיבים השונים של המעגל ואת החיבורים שביניהם, העשויים בדרך-כלל אלומיניום או נחושת. כך, למשל, על-מנת ליצור קבל בטכנולוגיית המעגל המשולב, יש ליצור שתי שכבות מוליכות, אשר ביניהן שכבה מבודדת.

היסטוריה

הרעיון של מעגל משולב הוצע לראשונה בשנת 1952 על-ידי ג'פרי דאמר, מהנדס שעבד ב'חברה המלכותית לאותות ורדארים' בבריטניה. אך רעיונותיו נראו בזמנו כמגוחכים ולא מציאותיים, לכן לא הצליח להשיג מימון ממשלתי או פרטי. המעגלים המשולבים הראשונים נוצרו בנפרד על-ידי ג'ק קילבי בשנת 1959 (המעגל הראשון הזה כלל רק טרנזיסטור אחד מספר מרכיבים אחרים על פרוסת גרמניום) ורוברט נוייס בשנת 1961 (זהו הצ'יפ הראשון שהיה עשוי סיליקון). הדור הראשון של מעגלים משולבים כלל עשרות בודדות של טרנזיסטורים, ולכן כונה SSI‏ (Small-Scale Integration). מעגלים מדור זה היוו גורם חיוני במחשבים ששימשו את תוכנית אפולו. הביקוש הרב וההשקעות הממשלתיות הביאו להתפתחותה של טכנולוגיית המעגל המשולב ולירידה דרסטית במחירים של המעגלים - במהלך 3 שנים, מ1960 עד 1963, ירד מחירו של מעגל בודד מ-1000 דולר עד 25 דולר. השלבים הבאים בהתפתחותם של מעגלים משולבים היו MSI‏ (Medium-Scale Integration)בסוף שנות ה-60, הדור של מעגלים שכללו מאות טרנזיסטורים, ו-LSI‏ (Large-Scale Integration) באמצע שנות ה-70, השלב שבו המעגלים היו מורכבים מעשרות אלפי רכיבים. בשנת 1971 יצא המיקרו-מעבד הראשון, Intel 4004, אשר כלל 2300 טרנזיסטורים והיה מיועד לראשונה לשימוש מסחרי. השלב הסופי בתהליך ההתפתחות של מעגלים משולבים, משנות ה-80 ועד ימינו, הוא VLSI‏ (Very-Large-Scale Integration). בשנת 1986 יצא לאור הצ'יפ הראשון של זיכרון מחשב, והוא כלל יותר ממליון טנזיסטורים. מאז, נעשו מספר נסיונות להגדיל את מורכבותם של מעגלים משולבים. בשנות ה-80 המאוחרות מספר מהנדסים ניסו ליישם את טכניקת WSI‏ (Wafer-Scale Integration), כלומר, לשלב על פלטה אחת את כל הרכיבים של המחשב. אומנם נסיונות אלה נכשלו, אך הם היוו בסיס לגישת ה-SOC‏ (System-on-a-chip). לפי גישה זו, רכיבים שונים שמקודם נוצרו בניפרד וחוברו בעזרת מעגל מודפס, עתה מעוצבים על אותו השבב שכולל כמה מרכיבים שונים.

סיווג ומורכבות

מעגלים משולבים מתחלקים למעגלים אנלוגיים, דיגיטליים ומעורבים (mixed signal), ויכולים לכלול מאחד עד מליוני התקנים אלקטרוניים, כגון שערים לוגיים, פליפ פלופים ועוד. מגמת העלייה במורכבות המעגלים מתוארת בחוק מור, אשר גירסתו המודרנית קובעת כי כמות הרכיבים האלקטרוניים במעגל משולב מכפילה את עצמה כל 18 חודשים.

התפתחויות נוספות

בשנות ה-80 הופיעו מעגלים משולבים הניתנים לתכנות - כלומר, מעגלים אשר התפקידים הלוגיים שלהם יכולים להיקבע על-ידי המשתמש, ולא על-ידי מייצר המעגל. הטכניקות המשוכללות, המשמשות לייצור מעגלים משולבים, קיבלו שימוש חדש בטכנולוגית ה-MEMS‏ (Micro Electro-Mechanical Systems), טככנולוגיה של יצירת מכונות מזעריות. ההתקנים המיוצרים הטכנולוגיה זו, בגודל מיקרומטרים ספורים ועד מילימטרים ספורים, נמצאים בימינו בשימוש צבאי ומסחרי רחב - למשל, במדפסות הזרקת דיו, מדי לחץ ותאוצה, מכשירי ניווט ועוד. MEMS, אשר עם הזמן מקטינה את מימדיה, מהווה, לדעת הרבים, שער לננוטכנולוגיה העתידית.

קישורים חיצוניים

[http://www.hwzone.co.il/articles.php?file=CPU113"מעבדים, אלקטרוניקה וקצת כימיה"] - מאמר מפורט על מעגל משולב על שלל ההיבטים קטגוריה:אלקטרוניקה ja:集積回路 ko:집적회로 ms:Litar bersepadu simple:Integrated circuit

מוליך

- מוליך עצבי - מולקולה העוברת בין תא עצב (נוירון) למשנהו
- מוליך חשמל - חומר המוליך חשמל

חום

טרנזיסטור

טרנזיסטור הוא התקן אלקטרוני, הבנוי מחומר מוליך למחצה, ומשמש למגוון רחב מאד של מטרות. הטרנזיסטור משמש כמתג אלקטרוני - מתח בקרה או זרם בקרה שולטים בזרם החשמלי דרך ההתקן. משמעות המונח טרנזיסטור הוא נגד משתנה (טרנס – תחילית של מעבר, רזיסטור - נגד), אך מונח זה מטעה במקצת. הטרנזיסטור הינו רכיב המפתח בכל תעשיית האלקטרוניקה המודרנית. במעגלים סיפרתיים משמש הטרנזיסטור כמתג חשמלי מהיר, כאבן בניין לבניית שערים לוגיים, זיכרון גישה אקראית (RAM) והתקנים אלקטרוניים אחרים. במעגלים אנלוגיים משמשים טרנזיסטורים להגברה, לייצוב מתח ולאיפנון. טרנזיסטור היה גם השם הנפוץ בשנות השישים לרדיו טרנזיסטור, מכשיר רדיו זעיר נייד, שהשתמש בטרנזיסטורים (במקום בשפופרות ריק) כרכיבים האלקטרוניים הפעילים. זוהי עדיין אחת מההגדרות המילוניות לטרנזיסטור.

היסטוריה

שפופרות הריק הציגו יכולות חדשות לעולם האלקטרוניקה ופיתחו אותו רבות. אולם, עם הרחבת השימוש בהן, החסרונות של השפופרות - גודלן, כמות החום שהן יצרו ושבירותן - הפכו לבעיתיים יותר ויותר. בעקבות התפתחויות חדשות בתחום הפיזיקה התאורתית ומכניקת קוונטים, אשר הצביעו על הפוטנציאל הגלום בחומרים מוליכים למחצה, נבחר ויליאם שוקלי על ידי מעבדות בל לנהל מחקר על חומרים מוליכים למחצה. ב1945 הציע שוקלי תכנון של מגבר בו שדה חשמלי יווסת את זרם האלקטרונים ליד שכבת סיליקון. ניסויים עם חומרים שונים לא הניבו תוצאות מעודדות עד נובמבר 1947. אז, בעקבות תובנה תאורתית מבריקה, טעות ומזל, הצליחו המדענים תוך כחודש ליצור מגבר העשוי מחומר מוליך למחצה. ב23 בדצמבר 1947, הציגו שוקלי ועמיתיו ג'ון ברדין ווולטר ברטיין, טרנזיסטור עובד בפני בכירים בחברה. טרנזיסטור זה זכה לכינוי point-contact transistor. גילוי זה זיכה את שלושתם בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1956. בעקבות הניסוי המוצלח, פיתח שוקלי תכנון משופר של הטרנזיסטור - טרנזיסטור הצומת. באופן אירוני, התכנון המקורי היה מאמץ לפתח טרנזיסטור-תוצא-שדה (באנגלית FET, קיצור של Field Effect Transistor), שאותו חזה כבר בשנת 1925 יוליוס אדגר לילינפלד, אך לבסוף נבנה התקן שהפך לטרנזיסטור ביפולרי (באנגלית BJT, קיצור של Bipolar Junction Transistor). במהלך שנות החמישים, טרנזיסטורים הפכו לנפוצים יותר, והופיעו במרכזיות טלפון (1952), מכשירי עזר לשמיעה (1953) ומכשירי רדיו ניידים (1954). ב1953 הופיע הCK722, הטרנזיטור הראשון (והיחיד כמעט במשך כעשור) לחובבנים. טרנזיסטורים מסדרת הCK722 היו בעצם טרנזיסטורים שיוצרו על ידי רייתאון (Raytheon) עבור מכשירי עזרי השמיעה שלהם, אולם לא עמדו בבקרת האיכות. כמחצית מכלל הטרנזיסטורים שיצרה החברה לא עמדו בבדיקה זו, הם חולקו לשתי קבוצות (לפי מדד נוסף) והקבוצה הנחותה נמכרה לחובבנים. לקראת סוף שנות החמישים מספר הטרנזיסטורים המיוצרים בשנה עמד כבר על עשרות מיליונים, ובארצות הברית פעלו בתחום קרוב ל-20 חברות. עולם האלקטרוניקה התחיל במגמת מיזעור, שהאיצה עם המצאת טרנזיסטור MOS בשנת 1960, וטכנולוגית ה-CMOS בשנת 1967. מגמת מיזעור הרכיבים קיימת עד היום, בד בבד עם הגידול העצום בשימוש בטרנזיסטורים המנובא על ידי חוק מור. הטרנזיסטור, הנחשב לדעת רבים כאחת ההמצאות החשובות בהיסטוריה, הינו רכיב מפתח בתעשיית האלקטרוניקה המודרנית. חשיבותו של הטרנזיסטור נובעת מן היתרונות המשמעותיים אשר מציע הטרנזיסטור לעומת שפופרת ריק - גודל, אמינות, צריכת הספק והאפשרות לייצרו בכמויות אדירות (דבר המביא למחיר נמוך ליחידה). כל אלה חוללו מהפכה בעולם האלקטרוניקה בכלל ובתעשיית המחשבים בפרט. הטרנזיסטור הפך לרכיב המחליף כמעט באופן מוחלט כל מטלה שאינה מכנית. במכשירים רבים, גם פשוטים יחסית, לרוב זול יותר להשתמש במעגל משולב (הבנוי מכמה מליוני טרנזיסטורים) מאשר בהתקן מכני כדי לבקר את פעולתו. כיום, החליפו הטרנזיסטורים את רוב ההתקנים האלקטרומכניים, והם מופיעים בכמויות ענק בכל ציוד אלקטרוני, במחשבים (מעבד מודרני מכיל כמה מאות מליוני טרנזיסטורים), אך גם בכלי רכב, מכונות כביסה ומכשירים רבים אחרים.

רקע תיאורטי

חומר מוליך למחצה, הוא חומר שמוליכותו נמוכה יחסית לחומרים מוליכים, אך גבוהה יותר מזו של חומרים מבודדים. למעשה, גביש טהור של מוליך למחצה הוא בעל תכונות הולכה גרועות למדי. מאידך, המבנה הכימי של גבישים מוליכים למחצה מאפשר, על ידי הכנסת 'זיהום' בכמות קטנה, ליצור אוכלוסיה של נושאי מטען בחומר, ולשפר בצורה משמעותית את תכונות ההולכה של החומר. ה'זיהום' המדובר הוא לא יותר מאשר אטומים של יסוד אחר מעמודה סמוכה בטבלה מחזורית לזו של המוליך למחצה. בהתאם סלוג המוחר המזהם, יהיו נושאי המטען בחומר שליליים (אלקטרונים) או חיוביים (הנקראים לעיתים גם חורים). פעולת ה'זיהום' נקראת בעברית גם סימום (באנגלית doping). על ידי זיהום מבוקר ניתן לשלוט לא רק בסוג נושאי המטען בחומר, אלא גם בכמותם. את החומר המוליך למחצה המזוהם, נהוג לסמן באותיות ובסמלים בהתאם לסוג נושאי המטען שנוצרו בו ולכמותם. חומר שקיים בו ריכוז נמוך של נושאי מטען חיוביים יסומן למשל בסימון p-, וחומר שקיים בו ריכוז גבוה של נושאי מטען שליליים יסומן בסימון n+. באופן כללי ניתן לומר שקיימים ארבעה סוגים של זיהומים: p-, p+, n-, n+ אם כי רמות הזיהום יכולות להשתנות בצורה משמעותית בתוך הגדרות אלה.

סוגים של טרנזיסטורים

טרנזיטור MOSFET

אלקטרונים טרנזיסטור Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - MOSFET או בקיצור MOS - הינו ההטרנזיסטור הנפוץ ביותר כיום, ומשמש בעיקר במעגלים לוגיים. שמו נגזר מאופן פעולתו - שדה חשמלי יוצר תעלה, בה קיים ריכוז גבוה של נושאי מטען, ולכן יכול לזרום בה זרם חשמלי. הטרנזיסטור מתפקד כמתג נשלט מתח - הפעלת מתח (שדה חשמלי) מאפשרת זרימת זרם דרכו - וזה השימוש העיקרי שלו. ככל אורך התעלה יהיה קטן יותר, כך תקטן התנגדות הטרנזיסטור, והוא יוכל להתמתג (לעבור ממצב של נתק למצב של העברת זרם) מהר יותר. אורך התעלה הוא לכן אחד הפרמטרים החשובים ביותר בטכנולוגיה. עם השנים, הטכנולוגיה משתכללת, ומאפשרת ייצור טרנזיסטורים בעלי אורך תעלה הולך וקטן. אורך התעלה נמדד במיקרונים, ואורך התעלה (במיקרונים) משמש לעיתים קרובות לציון הרמה הטכנולוגית של מיקרו-מעבדים. אורכי התעלה ירדו מסדר גודל של עשרות בודדות של מיקרונים לפחות ממיקרון אחד. הטרנזיסטור בנוי מבסיס של חומר מוליך למחצה בעל סימום מסוים - הנקרא מצע (Bulk). על המצע מושתלים שני אזורים של חומר מוליך למחצה בעל סימום שונה - המוצא (Source) והשפך (Drain). מעל ההתקן נמצא השער (Gate) - הדק מתכתי המבודד מהמוליך למחצה עד ידי שכבה של חומר מבודד. בטרנזיסטורים העשויים מסיליקון מהווה תחמוצת סיליקון מבודד טוב. נניח שהמצע עשוי מחומר מוליך למחצה מסוג p. במצע יהיו הרבה חורים ומעט אלקטרונים חופשיים. האזורים המושתלים, לעומת זאת, עשויים מחומר n ולכן יש בהם הרבה אלקטרונים. על ידי הפעלת מתח שלילי על השער, יווצר שדה חשמלי, שימשוך אלקטרונים מהמצע לעבר השער (הסבר מפורט ניתן למצוא בעיקרון הפעולה של קבל). כך תיווצר שכבת אלקטרונים, שנקראת שכבת אינברסיה (מלשון היפוך, שכן מדובר באזור p, שבו קיים לכאורה רוב של נושאי מטען חיוביים, אלא שהמתח בשער יוצר שכבה שבה רוב נושאי המטען הם שליליים) או תעלה. כעת אם נפעיל מתח חשמלי בין המקור לשפך, יזרום זרם אלקטרונים בין המקור לשפך דרך התעלה. טרנזיסטור MOS בעל מצע מסוג P נקרא NMOS (משום שההולכה בו היא הולכה של אלקטרונים), ואילו טרנזיסטור בעל מצע מסוג N נקרא PMOS (שבו ההולכה היא של חורים). בתמונה למעלהמתואר טרנזיסטור NMOS. ניתן לחלק את התנהגותו של טרנזיסטור MOS ל-3 מצבי פעולה עיקריים, התלויים במתחים המופעלים על הדקיו:
- נתק (cutoff) - כאשר המתח על השער נמוך ממתח הסף, אין שכבת אינברסיה, ולכן לא יכול לזרום זרם מהמקור לשפך. במצב זה, הטרנזיסטור לא מעביר זרם (למעט זרמי זליגה) כתלות במתח Vds.
- לינארי - כאשר המתח על השער גבוה ממתח הסף, קיימת שכבת אינברסיה, והטרנזיסטור מעביר זרם בתלות במתח Vds אך גם בתלות ברוחב התעלה שתלויה במתח Vgs (מתח השער). ככל שמתח השער עולה, יותר נושאי מטען נשמכים לכיוון השער, והתעלה גדלה, ויכולה לאפשר זרם גדול יותר. מצב פעולה זה הוא המצב השימושי ביותר של הטרנזיסטור. במצב פעולה זה הטרנזיסטור מתנהג בקירוב כנגד בין המקור לשער.
- רוויה (saturation) - כאשר מתח המקור גבוה ממתח הרוויה, הטרנזיסטור מפסיק להתנהג כנגד. מהירות תנועת החלקיקים בטרנזיסטור הגיעה לרוויה. הטרנזיסטור לא יעביר יותר זרם עם הגדלת Vds. כדי להגדיל את הזרם יש להגדיל את רוחב התעלה על ידי הגדלת Vgs.

טרנזיסטור BJT

קבל טרנזיסטור Bipolar Junction Transistor - BJT (בקיצור טרנזיסטור ביפולרי) הוא התקן בעל שלושה מבואות. זרם חשמלי המוזן לבסיס (Base) מווסת את הזרם בין הפולט (Emitter) לקולט (Collector). האנלוגיה לפעולת טרנזיסטור ביפולרי הוא הפעלת שסתום המווסת זרימה של מים בצינור. כח קטן אשר מופעל על השסתום - זרם הבסיס - פותח פתח ומאפשר זרימת זרם חזק מאד - זרם מהפולט לקולט. השימוש העיקרי בטרנזיסטור ביפולרי הנו להגברה, הזרם הקטן המוזרם לבסיס גורם לזרימת זרם גדול יותר "בעל צורה זהה". לטרנזיסטור ביפולרי יש גם כן שלושה מצבי פעולה, התלויים בזרמים המפעילים אותו:
- נתק (cutoff) - במצב זה לא זורם זרם בסיס משמעותי ולכן אין גם זרם מהפולט לקולט.
- פעיל - במצב בה, הזרם בין הקולט לפולט הוא פרופורציונלי (בערך) לזרם הבסיס אבל גדול הרבה יותר. במצב זה הטרנזיסטור בעצם מגביר באופן כמעט לינארי. באופן עקרוני ניתן להפעיל את הטרנזיסטור בכיוון ההפוך, אם נחבר את הטרזניסטור באופן הפוך במעגל, הקולט והפולט פשוט יחליפו תפקידים. אולם הטרנזיסטור אינו סימטרי ותוכנן לעבוד באופן מסוים, היפוך הקולט והפולט יביאו לירידה בביצועיו. מצב פעיל בו הטרנזיסטור מחובר כשורה נקרא מצב פעיל קידמי, המצב השני נקרא מצב פעיל אחורי.
- רוויה (saturation) - טרנזיסטור נכנס למצב זה כאשר זרם הבסיס נהיה גדול מספיק והזרם בין הקולט לפולט לא יכול לגדול עוד.

טרנזיסטורים אחרים

ישנם סוגים אחרים של טרנזיסטורים, אלה הם בעיקר וראיציות של שתי הטרנזיסטורים שתוארו לעיל. בינהם:
- Junction FET - JFET, מגבר אפקט שדה פשוט יותר מהMOS. טרנזיסטור זה מאפשר מעבר זרם כל עוד לא הופעל מתח על השער. יתרונו של טרנזיסטור זה על פני טרנזיסטור הצומת הביפולרי נעוץ בכך שהבקרה נעשת על ידי מתח ואין זרם בקרה. מצד שני, הם מציגים הגבר נחות.
- High Electron Mobility Transistor - HEMT, נקרא גם heterostructure FET) HFET) טרנזיסטור חדש יחסית אשר משתמש בצומת של חומרים שונים, בהשווה לשאר אשר מתמשים בצמת של חומר זהה המסומם באופן שונה. צמת בין אלומיניום-גליום-ארסניד (AlGaAs) וגליום ארסניד (GaAs) יוצר התקן בעל התנגדות נמוכה מאד (ניידות גבוה של האלקטרונים) ולכן גם מהיר מאד.

שימושים וטכנולוגיות

מימוש שערים לוגיים

גליום ארסניד ישנן טכנולוגיות רבות ליצירת שערים לוגיים מטרנזיסטורים, כדוגמאת טכנולוגית הCMOS. בעזרת שילוב של שני סוגי הטרנזיסטור (NMOS וPMOS) ניתן לבנות שערים לוגיים, המעגל הנתון מממש מהפך (פעולת NOT). המעגל מורכב מטרנזיסטור PMOS (למעלה), טרנזיסטור NMOS (למטה), מקור מתח חיובי Vdd (למעלה) ומקור מתח שלילי Vss (למטה). בגלל המבנה שלהם, טרנזיסטורי PMOS, מוליכים כאשר מופעל על השער מתח שלילי (שמושך חורים) ואילו טרנזיסטור NMOS מוליכים כאשר מופעל על השער מתח חיובי. המעגל מבצע פעולת היפוך לוגית, כלומר אם הכניסה A נמצאת במתח חיובי (משמע 1 לוגי), המוצא יהיה במתח שלילי (משמע 0 לוגי) ולהפך. שני המצבים הם לכן:
- A הוא 0 לוגי - במצב זה המתח בשערי הטרנזיסטורים הוא שלילי. טרנזיסטור הNMOS הנמצא למטה קטוע ולא מעביר זרם. טרנזיסטור הPMOS מעביר זרם ומחבר את המוצא אל מקור המתח החיובי.
- A הוא 1 לוגי - במצב זה המתח בשערי הטרנזיסטורים הוא חיובי. טרנזיסטור הPMOS הנמצא למעלה קטוע ולא מעביר זרם. טרנזיסטור הNMOS מעביר זרם ומחבר את המוצא אל מקור המתח השלילי. לטכנולוגיה זו יתרונות רבים (כגון צריכת הספק נמוכה יחסית) וחסרונות רבים גם כן (מהירות מיתוג נמוכה יחסית). השם מתייחס לצורת בניית השערים אך גם לטכנולוגיה הייצור.

טרנזיסטורים ושפופרות ריק

לפני הטרנזיסטור מילאו שפופרות הריק (thermionic valve) את התפקיד במגברים. לטרנזיסטורים יתרונות רבים שאיפשרו להחליף את קודמיהם כמעט בכל התפקידים:
- מידות קטנות - למרות הקטנת שפופרות הריק, טרנזיסטורים היו קטנים בהרבה מהשפופרות מתחילת השימוש בהם. כיום, מידות הטרנזיסטורים נמדדות במיקרונים.
- ייצור המוני המאפשר מחיר אפסי כמעט פר יחידה. מעבדי איטניום של אינטלי מכילים למעלה מ200 מיליון טרנזיסטורים.
- מתחי עבודה נמוכים יותר ההולכים וקטנים ככל שהטכנולוגיה מתקדמת והטרנזיסטורים נהיים קטנים יותר.
- היעדר נימת להט ולכן פיזור הספק נמוך יותר. הפעלת שפופרת ריק דרשה זרם חשמלי מתמיד דרך נימת הלהט על מנת לחמם אותה. בעית ביזבוז ההספק במעבדים נוצרת בגלל זרמי הזליגה. זרמים מזעריים אלו (הזורמים כאשר הטרנזיסטור אמור להיות קטוע) ממליוני טרנזיסטורים גורם לבזבוז הספק ולחימום ההתקן.
- עמידות גבוה יותר ברוב ההקשרים. זאת למרות שמספר שפופרות עמידות יותר לפולס אלקטרו מגנטי (EMP). למרות כל אלה, עדיין משתמשים שפופרות ריק במגברי שמע איכותיים. שפופרות ריק גם משמשות פיזיקאים במהלך ניסוייהם, בגלל יכולתן לעמוד בשינויי עומס גדולים יותר. בנוסף, השפופרות עדיין משמשות כמגברים בתדרי רדיו, עקב הספק המוצא הגדול יותר שניתן להפיק מהן.

התפתחויות צפויות

הדור השני של המחשבים שהגיע בשלהי 1950 ו1960 הכיל לוחות המלאים בטרנזיסטורים בודדים וליבות מגנטיות. התפתחות טכנולוגית המעגל המשולב איפשרה יצירה של מעגל אחד הרבה טרנזיסטורים על אותה פיסת סיליקון משולבים עם רכיבים אחרים (קבלים בעיקר, סלילים תופסים מקום רב מדי). כל החיבורים הוכנסו לתוך רכיב אחד הניתן לייצור המוני. מספרם של הטרנזיסטורים הבודדים זעום יחסית למספר הטרנזיסטורים הנמצאים במעגלים משולבים. למרות זאת הם עדיין שימושיים במעגלי הספק ומעגלים אנלוגיים. קבוצות רבות של מדענים מנסות זה עשרות שנים לייצר טרנזיסטורים קטנים ויעילים ככל האפשר. ב2 ביוני, 2005, סטודנטים ופרופסורים באוניבריסטת אלברטה יצרו טרנזיסטור המורכב ממולקולה יחידה. נסיונות למצוא חומרים ביולוגיים שיתפקדו כטרנזיסטורים מתקיימים גם כן.

קישורים חיצוניים

- [http://www.audiouk.com/info/transistor.htm תמונה של הטרנזיטור הראשון]
- [http://ece-www.colorado.edu/~bart/book/book/title.htm ספר מקיף על התקני מוליכים למחצה] - באנגלית
- [http://users.arczip.com/rmcgarra2/index.html מידע היסטורי על טרנזיסטורים] - באנגלית
- [http://www.pbs.org/transistor/background1/events/miraclemo.html ההיסטוריה של גילוי הטרנזיסטור] - באנגלית
- כתבות בנושא הטרנזיסטור העשוי מולקולה אחת [http://nint-innt.nrc-cnrc.gc.ca/newsroom/article13_e.html כאן] [http://www.sfgate.com/cgi-bin/article.cgi?file=/c/a/2005/06/02/MNGUOD1V1P1.DTL וכאן] ---- קטגוריה:אלקטרוניקה קטגוריה:המצאות ja:トランジスタ ko:트랜지스터

סגסוגת

סגסוגת היא תערובת המתקבלת מהתכה של מספר מתכות ויצירת תערובת הומוגנית אחת. לדוגמא - פליז היא סגסוגת של נחושת ואבץ. הסגסוגות נפוצות מאד בחיי היום-יום משום שהן מאפשרות לקחת את היתרונות של כל מתכת ולאחד אותם בחומר אחד. לדוגמא, כאשר לוקחים מתכת קלה ומתכת חזקה ומערבבים אותן נוצרת סגסוגת שהיא גם קלה וגם חזקה. בנוסף הן משמשות לקיצוץ עלויות כמו "דילול" זהב והקשחתו בעזרת מתכות אחרות. לא כמו מתכות טהורות, לסגסוגת אין נקודת היתוך יחידה. במקום זאת, יש להן טווח טמפרטורות שבהן עוברות ממוצק לנוזל. אבל בכל זאת, אפשר לעצב סגסוגת מיוחדות כך שיהיה להן נקודת היתוך אחת. דוגמאות נוספות לסגסוגות:
- פלדה: מורכבת מברזל ופחמן,
- פלדת אל-חלד (נירוסטה): מורכבת מברזל, ניקל וכרום,
- ניכרום: מורכב מניקל וכרום,
- ארד (ברונזה): מורכב מנחושת ובדיל,
- תכשיטי "זהב": אינם עשויים בדרך-כלל זהב טהור, אלא סגסוגת המורכבת מזהב, כסף ונחושת. קטגוריה:כימיה ja:合金 ko:합금 ms:Aloi simple:Alloy

ארד

ארד (או ברונזה) היא סגסוגת של נחושת ובדיל. הברונזה הומצאה לפני כמה אלפי שנים על ידי האדם הקדמון בתקופת הברונזה, ונתנה לה את שמה. באותה תקופה יצר האדם כלי עבודה, כלי נשק ושריון ממתכת זו. כלי הברונזה היו חזקים יותר ועמידים יותר מכלי האבן והנחושת שקדמו להם. בסגסוגות הכלים מתקופת הברונזה ניתן למצוא ארסן, שהפך את הסגסוגת לחזקה יותר. הברונזה גם היתה חזקה יותר מברזל, מתכת נוספת שהיתה נפוצה באותה תקופה. ברזל איכותי לא היה זמין עד אלפי שנים מאוחר יותר. עם זאת, עידן הברונזה פינה את מקומו לעידן הברזל כשסחר הבדיל בים התיכון דעך במהלך ההגירות הגדולות של המאות ה-12 וה-11 לפני הספירה, מה שהעלה את מחיר הברונזה. השימוש בברונזה המשיך גם בעת עידן הברזל, אך למטרות רבות הספיק הברזל החלש יותר במקומה. למשל, קצינים רומאים צוידו בחרבות ברונזה, בעוד החייל הפשוט הסתפק בחרב מברזל. לסגסוגות מבוססות-נחושת יש טמפרטורות התכה נמוכות מאלו של פלדה וקל יותר לייצר אותן מממרכיביהן. הן ברות השוואה לפלדה בצפיפות, כשרוב סגסוגות הנחושת כבדות יותר בעד 10 אחוזים, למרות שאלו שמכילות הרבה אלומיניום או צורן עשויות להיות צפופות פחות מפלדה. ברונזה היא רכה יותר וחלשה יותר מפלדה, ויותר אלסטית, למרות שקפיצי ברונזה קשיחים פחות עבור אותו גודל. ברונזה עמידה לאיכול, בעיקר איכול כתוצאה ממגע עם מי הים, וגם לעייפות המתכת יותר מאשר פלדה. ברונזה גם מוליכה חום וזרם חשמלי באופן טוב יותר מאשר רוב סוגי הפלדה. עלות סגסוגות מבוססות-נחושת היא גבוהה יותר מאשר פלדה, אך נמוכה מסגסוגות מבוססות-ניקל. במאה העשרים החלו לשלב צורן בסגסוגות הנחושת. ברונזת צורן משמשת למבחר שימושים בתעשייה כמו גם ליצירת פסלים מודרניים. ברונזה היתה החומר המקובל ממנו הכינו פעמונים ומצלתיים כמו גם ליציקת פסלי מתכת. סגסוגות מתכת נוטות להתרחב מעט לפני שהן מתקשות, וכך הן יכולות למלא את כל הפרטים הקטנים בתבנית. לברונזה יש גם יחס חיכוך נמוך עם מתכות אחרות, מה שהפך אותה שימושית לבניית תותחים כדי למנוע היצמדות כדורי-תותח לקנה. גם כיום משתמשים בברונזה עבור מיסבים, תותבות באלקטרוניקה ומטרות אחרות, והיא נפוצה במיוחד לייצור מיסבים במנועים חשמליים קטנים.

ראו גם

- פליז
- תקופת הברונזה קטגוריה:חומרים כימיים קטגוריה:סגסוגות ja:青銅 ko:청동

לייזר

לייזר או באנגלית Laser הוא ראשי תיבות של "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" הוא מכשיר המשתמש באפקט הקוונטי, של פליטה מאולצת, כדי ליצור קרן אור מאוד חד-צבעית (מונוכרומטית), קוהרנטית ומקבילה. יש לו ישומים רבים בתחומים רפואיים ומפתחי נשק רואים בו נשק העתיד. מערכת לייזר מבוססת על עקרונות רבים מתחום האופטיקה.

כללי

מקורות אור רגילים, כמו נורה חשמלית, פולטים פוטונים באקראיות, בכל הכיוונים, ובדרך כלל בספקטרום רחב של אורכי גל. כמו כן הם אינם קוהורנטיים, כלומר אין פאזה קבועה עבור כל הפוטונים הנפלטים. לעומת זאת, הלייזר פולט פוטונים בקרן צרה והאור הוא בקרוב טוב מונוכרומטי (כלומר לכל הפוטונים אותו אורך גל), קוהרנטי (כלומר לכל הפוטונים אותה פאזה), ומקוטב. עקרון הפעולה של הלייזר מבוסס על התופעה הקוונטית של הפליטה המאולצת: אם יש מערכת קוונטית שנמצאת ברמת אנרגיה הגבוהה מרמת היסוד (למשל אטום שיש בו אלקטרון ברמה מעוררת), קיום של פוטון המתאים להפרש בין הרמה בה נמצאת המערכת לרמה נמוכה יותר, מאלץ את המערכת לרדת לרמת האנרגיה הנמוכה תוך כדי פליטת פוטון נוסף הזהה לפוטון המאלץ בכל תכונותיו הקוונטיות, מבלי שהפוטון המקורי נבלע. בשביל להשתמש באפקט הזה יש ליצור מצב של היפוך אוכלוסיה, בו המערכת אינה מצייתת להתפלגות בולצמן, אלא יש רמה לה יש אכלוס גבוה יותר מאשר לרמה בעלת אנרגיה נמוכה יותר. הלייזר יוכל להגביר פוטונים בעלי אנרגיה השווה להפרש האנרגיות בין שתי רמות אלה. כדי שיהיה היפוך אוכלוסיה, המערכת אינה יכולה להיות בשיווי משקל תרמודינמי, ודרוש לספק אנרגיה למערכת, פעולה זו נקראת "שאיבה". בשביל לחזור על ההגבר פעמים נוספות, משתמשים במהוד אופטי כלומר בשתי מראות שדרך אחת מהן יש אפשרות לחלק קטן מהפוטונים להימלט, ואשר מרחקן זו מזו מתאים לאורכי הגל הרצוי. רוב הפוטונים הולכים הלוך וחזור בתוך המהוד, כך שהם יכולים לגרום לעוד ועוד פליטות מאולצות. הפוטונים שבורחים דרך אחת המראות הן אלה שיוצרים את הקרן.

סוגי לייזרים

קיימים כמה סוגי לייזרים, לאפליקציות שונות. #לייזר גביש - הלייזר הראשון שהודגם היה מסוג "רובי" - Ruby הנה גביש. התגלה שבגביש זה ניתן לגרום להיפוך אוכלוסין על ידי שדה חשמלי. הלייזר היה בצבע אדום נראה, בעל נצילות נמוכה. #לייזר גז - קיימים מספר גזים (ביניהם פחמן חד חמצני) שכאשר מיינים אותם ניתן ליצור בהם היפוך. לייזרים אלו יכולים לייצר הספק מוצא גבוה מאוד, ולכן ליזר גז מצוי בשימוש במערכת הנאוטילוס נגד קטיושות. #ליזר מוליך למחצה - בעזרת הזרקת זרם לדיודה שעשויה מחומרים מוליכים למחצה ניתן ליצור היפוך באזור הצומת. לייצירת תדרים שונים ניתן להשתמש בחומרים שונים. לייזר מל"מ הנו לייזר זול לייצור, בעל נצילות גבוהה מאוד (מעל 95% בלייזר הכי פשוט), מסוגל לייצר הספק מוצא נמוך. מצוי בכל מכשיר CD ,DVD ועוד. קטגוריה: המצאות קטגוריה:גלים קטגוריה:מכניקת הקוונטים ja:レーザー ko:레이저

תא סולרי

התא הפוטו וולטאי הוא התקן להפקת אנרגיה חשמלית ע"י קליטת קרינה אלקטרומגנטית. הדבר מתאפשר על פי האפקט הפוטואלקטרי.

האפקט הפוטו אלקטרי

האפקט הפוטו אלקטרי אומר כי ניתן לערער אלקטרון מחוגו סביב גרעין האטום כאשר מעניקים לו אנרגיה מסוימת. כאשר פוגע גל אלקטרומגנטי באורך ובתדירות המתאימים האנרגיה שלו מתגלגלת אל האלקטרון. האנרגיה מספיקה בכדי 'לשחרר' את האלקטרון ממסלולו סביב הגרעין ולהעלותו רמה אלקטרונית, או להוציאו מן האטום. על גילוי זה זכה אלברט איינשטיין בפרס נובל לפיזיקה.

מבנה התא הפוטו וולטאי

התא הפוטו וולטאי הנפוץ ביותר בנוי משתי שכבות צורן שבכל אחת עקבות של אל-מתכת אחרת. שתי השכבות מחוברות בתיל מוליך. לצורך הדוגמה בשכבה העליונה העקבות הן של היסוד ארסן ובתחתונה הן של היסוד בורון. לאטום צורן ארבעה אלקטרונים ברמה החיצונית והוא יוצר קשרים קוולנטיים עם ארבעה אטומי צורן אחרים. לארסן חמישה אלקטרונים ברמה החיצונית, לכן ישנו אלקטרון "מיותר" בשכבה העליונה, אשר לא משתתף במבנה של הצורן. לכן ניתן לומר ששכבה זו שלילית למחצה. לבורון שלושה אלקטרונים ברמה החיצונית, לכן נוצרים "חורים" במבנה הצורן ברמה החיצונית. לכן ניתן לומר ששכבה זו חיובית למחצה. משום כך ישנה משיכה כימית בין השכבות, כאשר אלקטרון הארסן שואף להגיע אל 'חורי' הבורון.

אופן הפעולה

כאשר גלים באורך המתאים נקלטים בשכבה העליונה, האלקטרונים ה'מיותרים' שבה משתחררים ממשיכת הגרעין והופכים חופשיים. המשיכה הרבה של השכבה התחתונה גורמת לאלקטרונים החופשיים לנוע מהשכבה העליונה דרך המוליך אל השכבה התחתונה. הדבר יוצר יונים חיוביים (קטיונים) של ארסן בשכבה העליונה, ויונים שליליים (אניונים) של בורון בשכבה התחתונה. עובדה זו גורמת למשיכה בין היונים ובעקבות כך למסירת אלקטרונים מהשכבה התחתונה אל העליונה. מעגל זה ימשך כל עוד מקור האור זמין. ניתן להשתמש בתהליך זה כאשר מחברים למוליך מכשיר חשמלי כלשהו.

יישומים

אספקת חשמל לתחנות חלל וללוויינים, למבנים או למכשירי חשמל מבודדים (בישראל ניתן לראות תאים פוטו-וולטאים מותקנים על עמודי תאורה ליד תחנות הסעה מבודדות) ועוד. category:אלקטרוניקה ja:太陽電池 ko:태양 전지

1787

אירועים

- 18 בדצמבר - לואי השישה עשר מכריז שיכנס את אספת המעמדות

נולדו

- 16 במרץ - גאורג אוהם, פיזיקאי, מגלה חוק אוהם (נפטר 1854)
- 18 בנובמבר - ז'אק לואי דאגר, מאבות הצילום (נפטר 1851)

נפטרו

ראו גם

- 1787 בספרות
- 1787 במוזיקה
- 1787 בפוליטיקה
- 1787 במדע ----
- המאה ה-17 - המאה ה-18 - המאה ה-19
- 1782 1783 1784 1785 1786 - 1787 - 1788 1789 1790 1791 1792