Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ПО)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 72 (всего у книги 147 страниц)
Полуй
Полу'й , река в Тюменской области РСФСР, правый приток р. Оби. Образуется слиянием рр. Глубокий П. и Сухой П. Длина 635 км (от истока Глубокого П., длина собственно П. 369 км ), площадь бассейна 21 тыс. км2 . Течёт по северо-западной части Западно-Сибирской равнины; в низовьях протекает через озеро Большой Полуйский Сор. Впадает в Обь у г. Салехарда. Питание снеговое и дождевое. Средний расход воды в устье 170 м3 /сек. Замерзает в октябре, вскрывается в мае. Сплав леса.
Полукокс
Полуко'кс , твёрдый горючий остаток, получающийся при полукоксовании твёрдых топлив. Свойства и состав П. зависят от вида топлива и метода полукоксования. П. содержит до 10—15% летучих веществ. Вредными примесями в нём являются зола и сера. П. – легкозагорающееся бездымное топливо с высокой теплотой сгорания: не менее 309 Мдж/м3 (7400 ккал/м3 ). Крупнокусковые, малозольные сорта его используются как эффективное топливо, в частности в быту; мелкий П. служит энергетическим топливом, добавляется в шихту коксования.
Полукоксование
Полукоксова'ние , швелевание, переработка твёрдых топлив (угля, сланцев, торфа) путём их нагревания в специальных печах без доступа воздуха до 500—550 °С. При П. топливо распадается на твёрдый остаток – полукокс (выход 50—70%), первичный газ (80—100 м3 /т ), дёготь (смолу, выход 8—25%) и водный конденсат.
Промышленное П. возникло в начале 19 в. для получения осветительных масел из твёрдых топлив, позже вытесненных нефтепродуктами. В годы 1-й мировой войны 1914—18 и 2-й мировой войны 1939—1945 П. развилось в Германии для производства искусственного жидкого топлива. В последующие годы П. вновь используется в усовершенствованном виде в комплексных схемах для получения дёгтя, полукокса и газа. Лучший дёготь получается из сланцев, богхедов, лучший полукокс – из спекающихся каменных углей. Выход и качество продуктов П. сильно зависят как от характера сырья, так и от метода П. и конструкции печей. Последние различаются по способу подвода тепла: печи с внешним обогревом через стенку камеры П. и печи с внутренним обогревом – путём непосредственного контакта топлива с теплоносителем (газообразным или твёрдым). Печи для П. обычно непрерывного действия. В новейших методах П. используются псевдоожиженный слой, скоростной нагрев и др.
Лит.: Федосеев С. Д., Чернышев А. Б., Полукоксование и газификация твердого топлива, М., 1960.
Д. Зыков.
Полукоксовый газ
Полуко'ксовый газ , первичный газ, горючий газ, образующийся при полукоксовании . Горючая часть газа состоит в среднем из 50% CH4 , 20% H2 , около 8% непредельных углеводородов (главным образом этилена). Применяется как отопительный газ на установках полукоксования.
Полуколлоидные системы
Полуколло'идные систе'мы , полуколлоиды, семиколлоиды, двух– или многокомпонентные системы, по структуре и свойствам занимающие промежуточное положение между жидкими растворами и золями . Они представляют собой микрогетерогенные системы, в которых частицы коллоидно-дисперсной фазы (мицеллы ) образованы скоплением молекул или ионов растворённого в дисперсионной среде вещества. Такие мицеллы-ассоциаты находятся в термодинамическом равновесии с окружающим их раствором. Поэтому изменение внешних условий, состава растворяющей среды или концентрации растворённого (диспергированного) вещества вызывает перераспределение последнего между мицеллами и раствором. При сильном разбавлении или повышении температуры может наступить полный распад всех мицелл на составляющие их молекулы (ионы) и система станет гомогенной, или однофазной. Восстановление прежних условий возвращает систему к исходному (микрогетерогенному) состоянию. Т. о., характерное свойство П. с. – обратимость превращения, происходящего по схеме: истинный раствор Û золь.
К П. с. относятся растворы мицеллообразующих поверхностно-активных веществ , например мыл и синтетических моющих веществ, некоторых органических красителей, дубящих веществ (таннидов), алкалоидов.
Лит.: Воюцкий С. С., Курс коллоидной химии, М., 1964, с. 425; Песков Н. П., физико-химические основы коллоидной науки, 2 изд., М. – Л., 1934, с. 431.
Л. А. Шиц.
Полуколония
Полуколо'ния , до распада колониальной системы империализма формально независимая страна со слаборазвитой экономикой, контролируемой иностранным капиталом, внешняя и внутренняя политика которой находилась под полным влиянием империалистических государств. См. в ст. Колонии и колониальная политика .
Полукружные каналы
Полукру'жные кана'лы , часть внутреннего уха позвоночных животных и человека, участвующая в регуляции равновесия и положения тела в пространстве. У рыб, наземных позвоночных и человека развиваются 3 П. к., располагающихся в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях. Различают горизонтальный (у человека – латеральный) и 2 вертикальных П. к.: передний (у человека – верхний) и задний. У ископаемых бесчелюстных и современных круглоротых – миног имеются только 2 вертикальных (передний и задний) П. к., у миксин – 1 задний. Перепончатые П. к., заполненные жидкой эндолимфой, помещаются в костных футлярах; пространство между перепончатым и костным П. к. заполнено перилимфой. Каждый П. к. заканчивается 2 отделами – ножками, одна из которых расширяется в ампулу. 2 соседние ножки вертикальных П. к. у большинства позвоночных объединены в одну общую; П. к. открываются в преддверие 5 отверстиями. В каждой ампуле П. к. находятся группы волосковых клеток, сгруппированные в кристу, или гребешок. Над кристой расположена желеобразная купула, в которую входят волоски чувствующих клеток. Основания чувствующих клеток оплетены волокнами вестибулярного нерва, передающими возбуждение в мозг. Изменение положения головы или тела животного, сопровождающееся перемещением купул, эндолимфы и смещением отолитов , взвешенных в эндолимфе, вызывает раздражение волосков и самих чувствующих клеток П. к., что приводит к появлению электрического разряда, передаваемого по нерву в мозг. Оттуда нервные импульсы направляются к мышцам и др. органам тела, ответственным за регуляцию его положения в пространстве. См. также статьи Вестибулярный аппарат , Равновесия органы и литературу при них.
Г. Н. Симкин.
Полукубическая парабола
Полукуби'ческая пара'бола , плоская кривая; см. Линия .
Полукустарники
Полукуста'рники , многолетние растения, у которых нижние части побегов, несущие почки возобновления, одревесневают и сохраняются в течение ряда лет, а верхние их части остаются травянистыми и отмирают ежегодно (в отличие от кустарников и кустарничков ). Высота П. обычно не более 80 см, реже до 150—200 см. От многолетних трав П. отличаются тем, что их почки возобновления располагаются, как правило, в нескольких см над землёй. Эта жизненная форма растений приурочена главным образом к аридным областям, и надземное положение почек предохраняет их от перегрева в сильно накаляющейся почве. Примеры П.: терескен, многие виды степных и пустынных полыней, астрагалов, солянок (сарсазан, поташник). Примером мелких П., обычно называются полукустарничками, может служить ползучее растение тимьян.
Полулогарифмическая бумага
Полулогарифми'ческая бума'га , специальным образом разграфленная бумага. П. б. служит для вычерчивания на ней графиков функций, которые здесь часто принимают весьма простую и наглядную форму, например имеют вид прямой линии. Подробнее см. Логарифмическая бумага .
Полуметаллы
Полумета'ллы , вещества, занимающие по электрическим свойствам промежуточное положение между металлами и полупроводниками . Характерной особенностью П. является слабое перекрытие валентной зоны и зоны проводимости (см. Твёрдое тело ), что приводит, с одной стороны, к тому, что П. остаются проводниками электрического тока вплоть до абсолютного нуля температуры, а с другой стороны – к малой (по сравнению с металлами) концентрация носителей тока ~ 1018 —1020см-3 . К П. относятся Bi, Sb, As, графит и некоторые др. вещества. Носители тока в П. отличаются большой подвижностью и малой эффективной массой. Благодаря этому П. – наиболее подходящие объекты для наблюдения размерных эффектов, фазовых переходов полуметалл – диэлектрик в сильных магнитных полях и ряда др. явлений.
Лит.: Физика металлов, т. 1 – Электроны. под ред. Дж. Займана, пер. с англ., М., 1972; Лифшиц И. М., Азбель М. Я., Каганов М. И., Электронная теория металлов, М., 1971; Фальковский Л. А., Физические свойства висмута, «Успехи физических наук», 1968, т. 94, в. 1, с. 3; Ларсон Д. К., Размерные эффекты в электропроводности тонких металлических пленок и проволок, в кн.: Физика тонких пленок, пер. с англ., т. 6, М., 1973.
Э. М. Эпштейн.
Полунепрерывная функция
Полунепреры'вная фу'нкция , понятие математического анализа. П. ф. снизу (сверху) в точке х называется функция, для которой 
f (x ) = f (x ) [соответственно 
f (x ) = f (x )]. Иначе, функция полунепрерывна снизу в точке x , если для всякого e > 0 найдётся такое d > 0, что из |x – x | < d вытекает f (x ) -– f (x ) < e (не по абсолютной величине!). Функция, полунепрерывная и снизу и сверху, непрерывна в обычном смысле. Ряд свойств П. ф. аналогичен свойствам непрерывных функций (см. Непрерывная функция ). Например: 1) если f (x ) и g (x ) П. ф. снизу, то и их сумма и произведение П. ф. снизу; 2) П. ф. снизу на отрезке достигает своего наименьшего значения. Для рядов П. ф. снизу верно, например, следующее утверждение: если un ³ 0 и все un (x ) П. ф. снизу, то сумма ряда å¥n=1un (x ) П. ф. снизу. П. ф. принадлежат к функциям первого класса по Бэра классификации .
Полунин Алексей Иванович
Полу'нин Алексей Иванович [19.9(1.10).1820, Бежецк, – 3(15).1888, Москва], русский патолог. В 1842 окончил медицинский факультет Московского университета; с 1849 профессор этого университета, где в том же году основал кафедру патологической анатомии. В 1869 создал кафедру общей патологии и первым в России начал читать самостоятельный курс общей патологии. Дал патологоанатомическое описание холеры, первый установил на основании многочисленных вскрытий излечимость лёгочного туберкулёза. Будучи деканом медицинского факультета (1863—78), провёл ряд прогрессивных мероприятий по дифференцированному преподаванию медицинских дисциплин (организация специальных клиник). Президент Московского физико-медицинского общества (1866—70). Один из первых в России медиков-публицистов, редактор и издатель (1851—59) «Московского врачебного журнала», где впервые на русском языке была опубликована «Целлюлярная патология» Р. Вирхова .
Соч.: Рассуждения о холере, М., 1848; Введение в патологию, «Московский врачебный журнал», 1852, кн. 1—2; Об отношениях, в которых находятся анатомия, физиология, патология и терапия в медицинской практике, там же, 1853, кн. 1.
Лит.: Пионтковский И. А., А. И. Полунин, М., 1949.
Полунин Федор Афанасьевич
Полу'нин Федор Афанасьевич (гг. рождения и смерти неизвестны), русский географ. В 1771—74 воевода в г. Верее. Составитель русского географического словаря – «Географического лексикона Российского государства...» (1773), который служил справочником по физической и экономической географии России до опубликования «Географическо-статистического словаря Российской империи» П. Семенова (т. 1—5, 1862—83).
Полуница
Полуни'ца , один из видов рода земляника с ароматными зеленовато-красными плодами.
Полуночное
Полуно'чное , посёлок городского типа в Свердловской области РСФСР, подчинён Ивдельскому горсовету. Расположен на восточном склоне Северного Урала. Ж.-д. станция в 23 км к С. от г. Ивдель. Добыча железной руды. Леспромхоз.
Полуобезьяны
Полуобезья'ны (Prosirnii), подотряд млекопитающих отряда приматов . 6 семейств: тупайи (некоторые зоологи относят их к насекомоядным), лемуровые , индриевые (типичный представитель – индри ), руконожки (с 1 видом – руконожка ), лориевые и долгопяты . Представлены 26 родами, объединяющими около 50 видов. Размеры тела от 13 см (мышиные лемуры) до 70 см (индри); весят от 60—100 г (мышиные лемуры) до 2 кг (кошачий лемур). Хвост у большинства длинный, у лориевых – короткий или отсутствует. Передние конечности, как правило, короче задних. Большие пальцы кисти и стопы большей частью подвижны и могут противопоставляться остальным (исключение составляют тупайи). Мех густой и часто ярко окрашен. Мозг с малым количеством борозд и извилин. Зубов у большинства 36, у тупай 38, у долгопята 34. Сосков 1—3 пары. Обитают в тропиках Африки, на Мадагаскаре, а также в Азии и на островах Малайского архипелага. Живут главным образом на деревьях. Рождают 1—3 детёнышей. Численность многих видов (особенно на Мадагаскаре) резко сокращается (необходима охрана).
Полуослы
Полуослы' , подрод непарнокопытных животных рода лошадей; представлен куланом . Ряд зоологов включает П. в подрод настоящих лошадей; некоторые выделяют их в самостоятельный род.
Полуостров
Полуо'стров , участок суши, окруженный с трёх сторон водой, а с четвёртой стороны соединённый с материком или островом. В большинстве случаев П. составляет в геологическом отношении одно целое с материком.
Полуось
Полуо'сь , вал ведущего моста самодвижущейся колёсной машины, передающий вращение от дифференциального механизма на ведущее колесо. Различают П. полностью разгруженные и полуразгруженные. Полностью разгруженная П. свободно проходит через отверстие корпуса дифференциала, смонтированного в подшипниках ведущего моста, и соединяется фланцем со ступицей ведущего колеса, подшипники которого установлены на балке ведущего моста. При этом все продольные и поперечные силы воспринимаются балкой ведущего моста, а П. испытывает только кручение. Полуразгруженная П. несёт на своём конце ведущее колесо машины. Такая П. испытывает не только кручение, но и изгиб от сил, возникающих на ведущем колесе. Полностью разгруженные П. применяют на грузовых автомобилях, автобусах, тяжёлых колёсных тракторах, полуразгруженные П. – на легковых автомобилях, у которых нагрузки на колёса сравнительно невелики.
Полупар
Полупа'р , полупаровая обработка почвы, система обработки почвы после раноубираемых с.-х. культур, применяемая в областях с продолжительной и тёплой осенью. В СССР распространена в южных степных районах Украины, в Молдавии, на Северном Кавказе, в Закавказье, Средней Азии под посевы озимой пшеницы; в лесостепной зоне – под посевы яровых растений (яровой пшеницы, ячменя, сахарной свёклы, кукурузы, подсолнечника). Включает глубокую вспашку почвы после уборки предшествующей культуры и 2—3 культивации или лущения . Если почва достаточно увлажнена и хорошо крошится, то её пашут на полную глубину пахотного слоя, одновременно прикатывают (кольчатым катком) и боронуют. В сухую погоду поле лущат с одновременным прикатыванием, а через 2—3 недели пашут и боронуют. Прорастающие сорняки уничтожают последующими культивациями с боронованиями. На почвах, склонных к заплыванию (каштановые, солонцовые чернозёмы), осенью пахотный слой глубоко рыхлят, чтобы избежать чрезмерного уплотнения его весной. По сравнению с зяблевой обработкой почвы (лущение и вспашка) П. повышает урожай озимой пшеницы на 3—4 ц с 1 га, яровой пшеницы и ячменя на 2—3 ц с 1 га.
Лит.: Земледелие южной зоны Европейской части СССР, М., 1966; Системы земледелия и севообороты основных зон Российской федерации, М., 1968.
С. И. Савельев.
Полупиритная плавка
Полупири'тная пла'вка в металлургии меди, процесс переработки в шахтных печах пиритной руды, содержащей 15—30% S. Недостаток сульфидов в руде компенсируется добавкой к шихте увеличенного по сравнению с пиритной плавкой кол-ва кокса (10—12% от массы шихты). Степень окисления сульфидного железа зависит от избытка кислорода. Количество серы, окисляемой в процессе плавки, составляет 60—95% и зависит при заданном количестве воздуха от расхода кокса (чем больше кокса, тем ниже степень десульфурации ). Если в пиритной плавке приходится ошлаковывать большое количество железа, прибавляя к шихте кварц, то при П. п. ошлаковывают имеющийся в руде кремнезём; с этой целью при недостатке железа в шихту вводят известняк.
Полуплоскость
Полупло'скость (математическая), совокупность точек плоскости, лежащих по одну сторону от некоторой прямой этой плоскости. Координаты точек П. удовлетворяют неравенству Ах + By + С > 0, где А, В, С — некоторые постоянные, причём А и В одновременно не равны нулю. Если сама прямая Ax + By + С = 0 (граница П.) причисляется к П., то говорят о замкнутой П.
На комплексной плоскости z = х + iy рассматриваются верхняя П. у = lmz > 0, нижняя П. у = lmz < 0, левая П. х = Rez < 0, правая П. x = Rez > 0 и т.д. Верхняя П. комплексной плоскости z конформно отображается на круг ½w½<1 с помощью дробно-линейной функции
, где q – произвольное действительное число, а Imb > 0.
Полуправильные многогранники
Полупра'вильные многогра'нники , многогранники, все грани которых суть правильные многоугольники нескольких разных наименований, а многогранные углы при вершинах конгруэнтны. Существует 13 определённых типов П. м. и две бесконечные серии. См. Многогранник .
Полуприцеп
Полуприце'п , несамоходное транспортное средство с закрытым кузовом или платформой с откидными бортами, рама которого опирается спереди на опорно-сцепное устройство автомобиля-тягача, а сзади – на одну или две оси с колёсами. Опорно-сцепное устройство допускает качание П. в продольном и поперечном направлениях.
Полупроводники
Полупроводники' , широкий класс веществ, характеризующихся значениями электропроводности s, промежуточными между электропроводностью металлов (s ~ 106 —104ом-1 см-1 ) и хороших диэлектриков (s £ 10-10 —10-12ом-1 см-1 , электропроводность указана при комнатной температуре). Характерной особенностью П., отличающей их от металлов, является возрастание электропроводности s с ростом температуры, причём, как правило, в достаточно широком интервале температур возрастание происходит экспоненциально:
s = s ехр (-EA /кТ ). (1)
Здесь k – Больцмана постоянная , EA – энергия активации электронов в П., (s – коэффициент пропорциональности (в действительности зависит от температуры, но медленнее, чем экспоненциальный множитель). С повышением температуры тепловое движение разрывает связи электронов, и часть их, пропорциональная exp (—EA /kT ), становится свободными носителями тока.
Связь электронов может быть разорвана не только тепловым движением, но и различными внешними воздействиями: светом, потоком быстрых частиц, сильным электрическим полем и т.д. Поэтому для П. характерна высокая чувствительность электропроводности к внешним воздействиям, а также к содержанию примесей и дефектов в кристаллах , поскольку во многих случаях энергия EA для электронов, локализованных вблизи примесей или дефектов, существенно меньше, чем в идеальном кристалле данного П. Возможность в широких пределах управлять электропроводностью П. изменением температуры, введением примесей и т.д. является основой их многочисленных и разнообразных применений.
Полупроводники и диэлектрики. Классификация полупроводников. Различие между П. и диэлектриками является скорее количественным, чем качественным. Формула (1) относится в равной мере и к диэлектрикам, электропроводность которых может стать заметной при высокой температуре. Точнее было бы говорить о полупроводниковом состоянии неметаллических веществ, не выделяя П. в особый класс, а к истинным диэлектрикам относить лишь такие, у которых в силу больших значений EA и малых s электропроводность могла бы достигнуть заметных значений только при температурах, при которых они полностью испаряются.
Однако термин «П.» часто понимают в более узком смысле, как совокупность нескольких наиболее типичных групп веществ, полупроводниковые свойства которых четко выражены уже при комнатной температуре (300 К). Примеры таких групп:
1) Элементы IV группы периодической системы элементов Менделеева германий и кремний , которые как П. пока наиболее полно изучены и широко применяются в полупроводниковой электронике . Атомы этих элементов, обладая 4 валентными электронами, образуют кристаллические решётки типа алмаза с ковалентной связью атомов, Сам алмаз также обладает свойствами П., однако величина EA для него значительно больше, чем у Ge и Si, и поэтому при Т = 300 К его собственная (не связанная с примесями или внешними воздействиями) электропроводность весьма мала.
2) Алмазоподобные П. К ним относятся соединения элементов III группы периодической системы (Al, Ga, In) с элементами V группы (Р, As, Sb), называются П. типа AIII BV (GaAs, InSb, GaP, InP и т.п.). Атомы III группы имеют 3 валентных электрона, а V группы – 5, так что среднее число валентных электронов, приходящееся на 1 атом, в этих соединениях равно 4 (как и у Ge и Si). Каждый атом образует 4 валентные связи с ближайшими соседями, в результате чего получается кристаллическая решётка, подобная решётке алмаза с той лишь разницей, что ближайшие соседи атома AIII – атомы BV а соседи атома BV – атомы AIII . За счёт частичного перераспределения электронов атомы AIII и BV в такой структуре оказываются разноимённо заряженными. Поэтому связи в кристаллах AIII BV не полностью ковалентные, а частично ионные (см. Ионная связь ). Однако ковалентная связь в них преобладает и определяет структуру, в результате чего эти кристаллы по многим свойствам являются ближайшими аналогами Ge и Si.
Соединения элементов II и VI групп периодической системы – AII BVI (ZnTe, ZnSe, CdTe, CdS и т.п.) также имеют в среднем 4 валентных электрона на 1 атом, но ионная связь у них более сильно выражена. У некоторых из них ковалентная связь преобладает над ионной, у других она слабее, но и те и другие обладают свойствами П., хотя и не столь ярко выраженными, как в предыдущих группах.
Представление о «средней четырёхвалентности» и «алмазоподобных» П. оказалось плодотворным для поиска новых П., например типа AII BIV C2V (ZnSnP2 , CdGeAs2 и т.п.). Многие из алмазоподобных П. образуют сплавы, которые также являются П., например Ge – Si, GaAs – GaP и др.
3) Элементы VI и V групп и их аналоги. Элементы VI группы Te и Se как П. были известны раньше, чем Ge и Si, причём Se широко использовался в выпрямителях электрического тока и фотоэлементах . Элементы V группы As, Sb и Bi – полуметаллы , по свойствам близкие к П., а их ближайшие аналоги – соединения типа AIV и BVI (PbS, PbTe, SnTe, GeTe и т.п.), имеющие в среднем по 5 валентных электронов на атом, образуют одну из наиболее важных групп П., известную в первую очередь применением PbS, PbSe и PbTe в качестве приёмников инфракрасного излучения . Вообще среди соединений элементов VI группы (О, S, Se, Te) с элементами I—V групп очень много П. Большинство из них мало изучены. Примером более изученных и практически используемых могут служить Cu2 O (купроксные выпрямители) и Bi2 Te3 (термоэлементы ).
4) Соединения элементов VI группы с переходными или редкоземельными металлами (Ti, V, Mn, Fe, Ni, Sm, Eu и т.п.). В этих П. преобладает ионная связь. Большинство из них обладает той или иной формой магнитного упорядочения (ферромагнетики или антиферромагнетики ). Сочетание полупроводниковых и магнитных свойств и их взаимное влияние интересно как с теоретической точки зрения, так и для многих практических применений. Некоторые из них (V2 O3 , Fe3 O4 , NiS, EuO и др.) могут переходить из полупроводникового состояния в металлическое, причём превращение это происходит очень резко при изменении температуры.
Органические П. Многие органические соединения также обладают свойствами П. Их электропроводность, как правило, мала (s ~ 10-10 ом-1 см-1 ) и сильно возрастает под действием света. Однако некоторые органические П. (кристаллы иполимеры на основе соединений тетрацианхинодиметана TCNQ, комплексы на основе фталоцианина, перилена, виолантрена и др.) имеют при комнатной температуре s, сравнимую с проводимостью хороших неорганических П.
Электроны и дырки в полупроводниках . Т. к. в твёрдом теле атомы или ионы сближены на расстояние ~ атомного радиуса, то в нём происходят переходы валентных электронов от одного атома к другому. Такой электронный обмен может привести к образованию ковалентной связи. Это происходит в случае, когда электронные оболочки соседних атомов сильно перекрываются и переходы электронов между атомами происходят достаточно часто. Эта картина полностью применима к такому типичному П., как Ge. Все атомы Ge нейтральны и связаны друг с другом ковалентной связью. Однако электронный обмен между атомами не приводит непосредственно к электропроводности, т.к. в целом распределение электронной плотности жестко фиксировано: по 2 электрона на связь между каждой парой атомов – ближайших соседей. Чтобы создать проводимость в таком кристалле, необходимо разорвать хотя бы одну из связей (нагрев, поглощение фотона и т.д.), т. е., удалив с неё электрон, перенести его в какую-либо др. ячейку кристалла, где все связи заполнены и этот электрон будет лишним. Такой электрон в дальнейшем свободно может переходить из ячейки в ячейку, т.к. все они для него эквивалентны, и, являясь всюду лишним, он переносит с собой избыточный отрицательный заряд, т. е. становится электроном проводимости. Разорванная же связь становится блуждающей по кристаллу дыркой, поскольку в условиях сильного обмена электрон одной из соседних связей быстро занимает место ушедшего, оставляя разорванной ту связь, откуда он ушёл. Недостаток электрона на одной из связей означает наличие у атома (или пары атомов) единичного положительного заряда, который, таким образом, переносится вместе с дыркой.
В случае ионной связи перекрытие электронных оболочек меньше, электронные переходы менее часты. При разрыве связи также образуются электрон проводимости и дырка – лишний электрон в одной из ячеек кристалла и некомпенсированный положительный заряд в др. ячейке. Оба они могут перемещаться по кристаллу, переходя из одной ячейки в другую.
Наличие двух разноимённо заряженных типов носителей тока – электронов и дырок является общим свойством П. и диэлектриков. В идеальных кристаллах эти носители появляются всегда парами – возбуждение одного из связанных электронов и превращение его в электрон проводимости неизбежно вызывает появление дырки, так что концентрации обоих типов носителей равны. Это не означает, что вклад их в электропроводность одинаков, т.к. скорость перехода из ячейки в ячейку (подвижность) у электронов и дырок может быть различной (см. ниже). В реальных кристаллах, содержащих примеси и дефекты структуры, равенство концентраций электронов и дырок может нарушаться, так что электропроводность осуществляется практически только одним типом носителей (см. ниже).
Зонная структура полупроводников. Полное и строгое описание природы носителей тока в П. и законов их движения даётся в рамках квантовой теории твёрдого тела , основные результаты которой могут быть сформулированы следующим образом:
а) В кристаллах энергетический спектр электронов состоит из интервалов энергий, сплошь заполненных уровнями энергии (разрешенные зоны) и разделённых друг от друга интервалами, в которых электронных уровней нет (запрещённые зоны) (рис. 1 ).
б) Различные состояния электрона в пределах каждой зоны характеризуются, помимо энергии, квазиимпульсомр , принимающим любые значения в пределах некоторых ограниченных областей в импульсном пространстве (р -пространстве), называются зонами Бриллюэна. Форма и размеры зоны Бриллюэна определяются симметрией кристалла и его межатомными расстояниями d. Величина рмакс £ h/d, где h – Планка постоянная . Уравнение движения электрона проводимости в кристалле похоже на уравнение движения электрона в вакууме с той, однако, существенной разницей, что соотношения E = р2 /m и up = p/m (m0 – масса свободного электрона, E— его энергия, р – импульс, u — скорость) заменяются более сложной и индивидуальной для каждого кристалла и каждой его энергетической зоны зависимостью E (p ): up = 
.
в) При абсолютном нуле температуры электроны заполняют наинизшие уровни энергии. В силу Паули принципа в каждом состоянии, характеризующемся определённой энергией, квазиимпульсом и одной из двух возможных ориентаций спина , может находиться только один электрон. Поэтому в зависимости от концентрации электронов в кристалле они заполняют несколько наинизших разрешенных зон, оставляя более высоко лежащие зоны пустыми. Кристалл, у которого при Т = 0 К часть нижних зон целиком заполнена, а более высокие зоны пусты, является диэлектриком или П. (рис. 1 , а), металл возникает лишь в том случае, если хотя бы одна из разрешенных зон уже при Т = 0 К заполнена частично (рис. 1 , б).
В П. и диэлектриках верхние из заполненных разрешенных зон называются валентными, а наиболее низкие из незаполненных – зонами проводимости. При Т > 0 К тепловое движение «выбрасывает» часть электронов из валентной зоны в зону проводимости (т. е. разрушает часть химических связей; см. выше). В валентной зоне при этом появляются дырки (рис. 2 ).
Носители тока в П. сосредоточены, как правило, в довольно узких областях энергий: электроны – вблизи нижнего края (дна) зоны проводимости Ec , на энергетических расстояниях ~kT от неё (kT — энергия теплового движения); дырки – в области такой же ширины вблизи верхнего края (потолка) валентной зоны Eu . Даже при самых высоких температурах (~ 1000°) kT ~ 0,1 эв, а ширина разрешенных зон обычно порядка 1—10 эв. В этих узких областях ~kT сложные зависимости E (p ), как правило, принимают более простой вид. Например, для электронов вблизи дна зоны проводимости:
Здесь индекс i нумерует оси координат, p0i — квазиимпульсы, соответствующие Ec в зоне проводимости или Eu в валентной зоне. Коэффициенты mэi называются эффективными массами электронов проводимости. Они входят в уравнение движения электрона проводимости подобно m в уравнении движения свободного электрона. Всё сказанное справедливо для дырок валентной зоны, где
.
Эффективные массы электронов mэ и дырок mд не совпадают с m и, как правило, анизотропны. Поэтому в разных условиях один и тот же носитель ведёт себя как частица с разными эффективными массами. Например, в электрическом поле Е, направленном вдоль оси oz, он ускоряется, как частица с зарядом е и массой mэz , а в магнитном поле H, направленном вдоль oz, движется по эллипсу в плоскости ^Н с циклотронной частотой :
С квантовой точки зрения такое циклическое движение электронов и дырок в кристалле с частотой wс означает наличие уровней энергии (так называемых уровней Ландау), отстоящих друг от друга на 
wс . Значения эффективных масс электронов и дырок в разных П. варьируются от сотых долей m до сотен m .
