Джеймс трефил
| Вид материала | Закон |
- Джеймс А. Дискретная математика и комбинаторика [Текст] / Джеймс А. Андерсон, 42.79kb.
- Джеймс блиш города в полете 1-4 триумф времени вернись домой, землянин жизнь ради звезд, 10495.38kb.
- Джеймс Н. Фрей. Как написать гениальный роман, 2872.12kb.
- Мюриел Джеймс, Дороти Джонгвард, 4810.7kb.
- Кен Арнольд Джеймс Гослинг, 5058.04kb.
- Джеймс Джодж Бойл. Секты-убийцы (Главы из книги) Перевод с английского Н. Усовой, 844.92kb.
- Джеймс Хэрриот, 3697.74kb.
- В. К. Мершавки Доктор Джеймс Холлис известный юнгианский аналитик, директор Центра, 1972.4kb.
- В. К. Мершавки Доктор Джеймс Холлис известный юнгианский аналитик, директор Центра, 5237.48kb.
- Джеймс Боллард, 2244.23kb.
эксперимент ван гельмонта
1783
ФОТОСИНТЕЗ
КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА В ПРИРОДЕ
ТЕОРИЯ СЦЕПЛЕНИЯ-НАТЯЖЕНИЯ
Цвет жизни на нашей планете — зеленый, потому что зеленые молекулы хлорофилла в растениях, которые составляют основу любой жизни и превращают энергию падающего солнечного света в материалы, из которых построены живые существа. Можно только удивляться тому, что в прошлые века люди почти не интересовались механизмом превращения этой энергии — процессом, который мы теперь называем фотосинтезом. Так уж сложилось, что закономерности движения планет и звезд стали понятны людям задолго до того, как у них появились малейшие представления о роли травы у них под ногами.
Первое серьезное исследование механизма роста растений провел фламандский аристократ Ян Баптист Ван Гельмонт. Перед тем как посадить дерево в горшок, он взвесил в нем землю. В течение нескольких лет Ван Гельмонт поливал дерево, а затем снова взвесил дерево и землю и обнаружил, что вес дерева увеличился на 74 кг, а вес почвы при этом уменьшился всего граммов на сто. Стало ясно, что почва не является источником материала для построения растущего дерева.
На самом деле Ван Гельмонт сделал неверный вывод из своего открытия — он утверждал, что дополнительный вес получен из воды. Оставалось два столетия до представления о том, что углерод дерева образуется в результате превращений атмосферного углекислого газа, и еще одно столетие до понимания молекулярного механизма фотосинтеза. Тем не менее Ван Гельмонт не оставил ни у кого сомнения в том, что материал, называемый нами биомассой, поступает не из почвы, а из другого источника, и это открытие позднее стало основой наших представлений о роли растений.
яН БАПТИСТ ВАН ГЕЛЬМОНТ (Jan Baptista Van Helmont, 1579-1644) — фламандский врач и химик. Родился в Брюсселе в аристократической семье. Изучал медицину и химию в Католическом университете Лувейна, но не стал получать ученой степени, а занялся собственными исследованиями. Он впервые использовал слово «газ» для описания состояния материи и установил четыре вида газов — это известные нам сегодня монооксид углерода (угарный газ), диоксид углерода (углекислый газ), закись азота (веселящий газ) и метан.
Во времена Ван Гельмонта химия была молодой и быстро развивающейся наукой, в которой еще сильно ощущалось влияние алхимии. Хотя он не питал безмерного почтения к считавшимся неприкосновенными древним учениям, он все же верил в философский камень. Однако его опыт с растущей ивой показывает, что Ван Гельмонт понимал ценность эксперимента. А однажды он даже вступил в конфликт с церковью, подвергнув сомнению распространенное поверье о том, что рану можно вылечить, врачуя нанесшее ее оружие.
Эксперимент
Миллера— Юри
Молекулы, необходимые для жизни, могли возникать в ходе химических реакций на заре развития Земли
Х1Х-ХХ • БИОЛОГИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ
1859 • ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ
нач. • БЕЛКИ 1950-х
1953 ЭКСПЕРИМЕНТ МИЛЛЕРА—ЮРИ
4,5 миллиарда лет назад, когда возникла Земля, она представляла собой раскаленный безжизненный шар. Сегодня же на ней в изобилии встречаются разные формы жизни. В связи с этим возникает вопрос: какие изменения происходили на нашей планете с момента ее образования и по сегодняшний день и главное — как на безжизненной Земле возникли молекулы, образующие живые организмы? В 1953 году в Чикагском университете был поставлен эксперимент, сегодня ставший классическим. Он указал ученым путь к ответу на этот фундаментальный вопрос.
В 1953 году Гарольд Юри был уже Нобелевским лауреатом, а Стэнли Миллер — всего лишь его аспирантом. Идея эксперимента Миллера была простой: в полуподвальной лаборатории он воспроизвел атмосферу древнейшей Земли, какой она была по мнению ученых, и со стороны наблюдал за тем, что происходит. При поддержке Юри он собрал простой аппарат из стеклянной сферической колбы и трубок, в котором испарявшиеся вещества циркулировали по замкнутому контуру, охлаждались и вновь поступали в колбу. Миллер заполнил колбу газами, которые, по мнению Юри и русского биохимика Александра Опарина (1894-1980), присутствовали в атмосфере на заре формирования Земли, — водяным паром, водородом, метаном и аммиаком. Чтобы сымитировать солнечное тепло, Миллер нагревал колбу на бунзеновской горелке, а чтобы получить аналог вспышек молний — вставил в стеклянную трубку два электрода. По его замыслу материал, испаряясь из колбы, должен был поступать в трубку и подвергаться воздействию электрического искрового разряда. После этого материал должен был охлаждаться и возвращаться в колбу, где весь цикл начинался вновь.
После двух недель работы системы жидкость в колбе стала приобретать темный красно-коричневый оттенок. Миллер провел анализ этой жидкости и обнаружил в ней аминокислоты — основные структурные единицы белков. Так у ученых появилась возможность изучать происхождение жизни с точки зрения основных химических процессов. Начиная с 1953 года с помощью усложненных вариантов эксперимента Миллера—Юри, как стали его с тех пор называть, были получены все виды биологических молекул — включая сложные белки, необходимые для клеточного метаболизма, и жировые молекулы, называемые липидами и образующие мембраны клетки. По-видимому, тот же результат мог бы быть получен и при использовании вместо электрических разрядов других источников энергии — например, тепла и ультрафиолетового излучения. Так что почти не остается сомнений в том, что все компоненты, необходимые для сборки клетки, могли быть получены в химических реакциях, происходивших на Земле в древнейшие времена.
Ценность эксперимента Миллера—Юри состоит в том, что благодаря ему стало понятно, как вспышки молний в атмосфере древней Земли за несколько сот миллионов лет вызывали обра-
зование органических молекул, попадавших вместе с дождем в «первичный бульон» (см. также теория эволюции). Не установленные до сих пор химические реакции, происходящие в этом «бульоне», могли привести к образованию первых живых клеток. В последние годы возникают серьезные вопросы по поводу того, как развивались эти события, в частности подвергается сомнению присутствие аммиака в атмосфере древнейшей Земли. Кроме того, предложено несколько альтернативных сценариев, которые могли привести к образованию первой клетки, начиная от ферментативной активности биохимической молекулы РНК и кончая простыми химическими процессами в океанских глубинах. Некоторые ученые даже предполагают, что происхождение жизни имеет отношение к новой науке о сложных адаптивных системах и что не исключено, что жизнь — это неожиданное свойство материи, возникающее скачкообразно в определенный момент и отсутствующее у ее составных частей. В наши дни эта область знаний переживает период бурного развития, в ней появляются и проходят проверку различные гипотезы. Из этого водоворота гипотез должна появиться теория о том, как же возникли наши самые далекие предки.
СТЭНЛИ ЛЛОЙД МИЛЛЕР (Stanley Lloyd Miller, р. 1930) — американский химик. Родился в Окленде, штат Калифорния, получил образование в Калифорнийском университете в Беркли и в Чикагском университете. Начиная с 1960 года профессиональная деятельность Миллера была в основном связана с Калифорнийским университетом в Сан-Диего, где он занимал должность профессора химии. За работу по проведению эксперимента Миллера—Юри был удостоен звания научного сотрудника в Калифорнийском технологическом институте.
ГАРОЛЬД КЛЕЙТОН ЮРИ (Harold Clayton Urey, 1893-1981) — американский химик. Родился в Уолкертоне, штат Индиана, в семье священника. Изучал зоологию в университете штата Монтана и получил докторскую степень по химии в Калифорнийском университете в Беркли. Впервые применил физические методы в химии и в 1934 году был удостоен Нобелевской премии в области химии за открытие дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Позднее его деятельность была связана в основном с изучением различий в скорости химических реакций при использовании разных изотопов.
Эксперимент Херши— Чейз
ДНК кодирует
наследственную
1952
информацию
ЭКСПЕРИМЕНТ ХЕРШИ—ЧЕЙЗ
днк имеет долгую и интересную историю. После того как в 1869 году ее впервые выделил Иоганн Мишер (Johann Miescher, 1844-95), она несколько десятилетий терпеливо ожидала своего часа в относительной безвестности. В 1914 году немецкий химик обнаружил, что ДНК окрашивается красной краской, но счел это открытие настолько незначительным, что не публиковал его в течение 10 лет. Однако позднее это окрашивание было использовано для того, чтобы установить факт присутствия ДНК во всех клетках и ее характерную локализацию в хромосомах. В 1920-е годы американский биохимик российского происхождения Фибус Левин (Phoebus Levene, 1869-1940), проводивший анализ ДНК, определил основные «кирпичики», из которых строится ДНК. Это фосфатная группа, сахар и молекулы четырех типов — азотистые основания. Он пришел к правильному выводу о том, что молекула ДНК построена из структурных единиц (так называемых нуклео-тидов), собранных из комбинаций этих трех компонентов.
Начиная с 1940-х годов два микробиолога, которые бежали в США из Европы, оказавшейся под властью Адольфа Гитлера, — итальянец Сальвадор Лурия (Salvador Luria, 1912-91) и американец немецкого происхождения Макс Дельбрюк (Max Delbn>ck, 1906-81) — разработали важнейшую методику, обогатившую генетические исследования. Они изучали свойства группы вирусов-бактериофагов («пожирателей бактерий»). Любая из известных бактерий является добычей хотя бы для одного из этих вирусов, которые состоят из ДНК, окруженной белковой оболочкой. Бактериофагов легко хранить в лаборатории, а их действие на клетку-хозяина поистине поражает воображение — за какие-то несколько минут после заражения бактерия-хозяин оказывается взломанной и производит на свет не меньше сотни идентичных копий исходного вируса. Очевидно, что что-то в вирусе передает генетическую информацию потомкам, но что — белки или ДНК?
Ответ на этот вопрос дал эксперимент Херши и Чейз. Методика, использованная Алфредом Херши и его коллегой Мартой Коулз Чейз (Martha Cowles Chase, р. 1927), проста в описании. Они выращивали две группы бактерий: одну в среде, содержащей радиоактивный фосфор-32, другую — в среде с радиоактивной серой-35. Бактериофаги, добавленные в среду с бактериями и атаковавшие их, поглощали эти радиоактивные маркеры. Чтобы понять происходившие далее события, надо знать, что фосфор входит в состав ДНК (он находится в фосфатных группах в ядре), но отсутствует в белковой оболочке вируса. Сера же, наоборот, входит в состав белка, но отсутствует в ДНК. Таким образом, пара радиоактивных маркеров позволяла разграничить роли двух компонентов вируса в его репродукции.
После этого ученые «натравливали» на бактерии две группы вирусов — с меченой ДНК и меченым белком. Не дожидаясь завершения процесса инфицирования, бактерии отделяли от остального материала с помощью центрифуги, а затем выявляли присутствие
радиоактивной метки. Результаты говорили сами за себя: в бактериях был обнаружен фосфор-32 , а сера-35 оставалась в среде. Поскольку размножение вирусов происходит внутри бактерий, куда белки не проникают, было ясно, что это размножение может быть обусловлено только ДНК.
Сегодня нам известен механизм этого процесса: вирус прикрепляется к бактерии и вводит в нее вирусную ДНК, оставляя снаружи белковую оболочку. Вирусная ДНК встраивается в бактериальную ДНК и «переключает» генетический аппарат бактерии, заставляя его работать на себя для создания многочисленных копий вируса. После того как ресурсы бактерии будет исчерпаны, клетка разрушается, высвобождая новое поколение «штампованных» вирусов. Эксперимент Херши—Чейз со всей очевидностью показал, что гены размещены в молекуле ДНК, и это главный принцип современной науки.
АЛФРЕД ДЕИ ХЕРШИ (Alfred Day Hershey, 1908-97) — американский биолог. Родился в штате Мичиган и получил докторскую степень в Мичиганском университете. Поработав некоторое время на медицинском факультете Вашингтонского университета, в 1950 году перешел в институт Карнеги в Колд Спринг Харбор (штат
Нью-Йорк) и позднее стал директором отдела генетических исследований в этом институте. За исследования, продемонстрировавшие роль ДНК в передаче генетической информации, Алфред Херши, Сальвадор Лурия и Макс Дельбрюк были удостоены Нобелевской премии 1969 года в области медицины и физиологии.
нач. XVIII
ок. 1900
1950-е
Экспоненциальный рост
Если прирост
численности
популяции
пропорционален
количеству особей,
численность
популяции
будет расти
экспоненциально
•
1798
РАВНОВЕСИЕ В ПРИРОДЕ
ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ РОСТ
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СУКЦЕССИЯ
ЗЕЛЕНАЯ
1954
РЕВОЛЮЦИЯ
МАКСИМАЛЬНАЯ УСТОЙЧИВАЯ
1967
ДОБЫЧА
ТЕОРИЯ РАВНОВЕСИЯ
МАКАРТУРА—
УИЛСОНА
Выражение «экспоненциальный рост» вошло в наш лексикон для обозначения быстрого, как правило безудержного увеличения. Оно часто используется, например, при описании стремительного роста числа городов или увеличения численности населения. Однако в математике этот термин имеет точный смысл и обозначает определенный вид роста.
Экспоненциальный рост имеет место в тех популяциях, в которых прирост численности (число рождений минус число смертей) пропорционален числу особей популяции. Для популяции человека, например, коэффициент рождаемости примерно пропорционален количеству репродуктивных пар, а коэффициент смертности примерно пропорционален количеству людей в популяции (обозначим его Ы). Тогда в разумном приближении
прирост населения = число рождений - число смертей
= гЫ
(Здесь г — так называемый коэффициент пропорциональности, который позволяет нам записать выражение пропорциональности в виде уравнения.)
Пусть с!Ы — число особей, добавившихся к популяции за время с!/1, тогда если в популяции в общей сложности N особей, то условия для экспоненциального роста будут удовлетворены, если
После того как в XVII веке Исаак Ньютон изобрел дифференциальное исчисление, мы знаем, как решать это уравнение для N — численности популяции в любое заданное время. (Для справки: такое уравнение называется дифференциальным.) Вот его решение:
N = Ы0 в",
где Ы0 — число особей в популяции на начало отсчета, а / — время, прошедшее с этого момента. Символ е обозначает такое специальное число, оно называется основание натурального логарифма (и приблизительно равно 2,7), и вся правая часть уравнения называется экспоненциальная функция.
Чтобы лучше понять, что такое экспоненциальный рост, представьте себе популяцию, состоящую изначально из одной бактерии. Через определенное время (через несколько часов или минут) бактерия делится надвое, тем самым удваивая размер популяции. Через следующий промежуток времени каждая из этих двух бактерий снова разделится надвое и размер популяции вновь удвоится — теперь будет уже четыре бактерии. После десяти таких удвоений будет уже более тысячи бактерий, после двадцати — более миллиона, и так далее. Если с каждым делением популяция будет удваиваться, ее рост будет продолжаться до бесконечности.
Существует легенда (скорее всего, не соответствующая действительности), будто бы человек, который изобрел шах-
маты, доставил этим такое удовольствие своему султану, что тот пообещал исполнить любую его просьбу. Человек попросил, чтобы султан положил на первую клетку шахматной доски одно зерно пшеницы, на вторую — два, на третью — четыре и так далее. Султан, посчитав это требование ничтожным по сравнению с оказанной им услугой, попросил своего подданного придумать другую просьбу, но тот отказался. Естественно, к 64-му удвоению число зерен стало таким, что во всем мире не нашлось бы нужного количества пшеницы, чтобы удовлетворить эту просьбу. В той версии легенды, которая известна мне, султан в этот момент приказал отрубить голову изобретателю. Мораль, как я говорю моим студентам, такова: иногда не следует быть чересчур умным!
Пример с шахматной доской (как и с воображаемыми бактериями) показывает нам, что никакая популяция не может расти вечно. Рано или поздно она попросту исчерпает ресурсы — пространство, энергию, воду, что угодно. Поэтому популяции могут расти по экспоненциальному закону лишь некоторое время и рано или поздно их рост должен замедлиться. Для этого нужно изменить уравнение так, чтобы при приближении численности популяции к максимально возможной (которая может поддерживаться внешней средой) скорость роста замедлялась. Назовем эту максимальную численность популяции К. Тогда видоизмененное уравнение будет выглядеть так:
1А = гА(1 - (Ы/К)) а/.
Когда N намного меньше К, членом Ы/К можно пренебречь, и мы возвращаемся к первоначальному уравнению обычного экспоненциального роста. Однако когда N приближается к своему максимальному значению К, значение 1 - (А/К) стремится к нулю, соответственно стремится к нулю и прирост численности популяции. Общая численность популяции в этом случае стабилизируется и остается на уровне К. Кривая, описываемая этим уравнением, а также само уравнение имеют несколько названий — -кривая, логистическое уравнение, уравнение Воль-терра, уравнение Лотка—Вольтерра. (Вито Вольтерра (1860-1940) — выдающийся итальянский математик и преподаватель; Альфред Лотка (18801949) — американский математик и страховой аналитик.) Как бы она ни называлась, это достаточно простое выражение численности популяции, резко возрастающей экспоненциально, а затем замедляющейся при приближении к некоему пределу. И она гораздо лучше отражает рост численности реальных популяций, чем обычная экспоненциальная функция.электрические свойства вещества
По электропроводящим свойствам все вещества можно разделить на проводники, изоляторы и полупроводники; такая
•
классификация обусловлена расположением электронов в атомах этих веществ
xix
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
1826
ВЕЩЕСТВА
1900
закон ома
электронная теория
1926
проводимости
полосная теория
твердотельной
1957
проводимости
теория сверхпроводимости
При формировании кристаллических решеток твердых тел из атомов различных веществ валентные электроны, расположенные на внешних орбитах атомов, различным образом взаимодействуют друг с другом и как следствие ведут себя по-разному (см. полосная
теория твердотельной сверхпроводимости и теория
молекулярных орбиталей). Таким образом, свобода валентных электронов перемещаться внутри вещества обусловливается его молекулярно-кристаллической структурой. В целом же по электропроводящим свойствам все вещества можно (с некоторой долей условности) подразделить на три категории, каждая из которых обладает ярко выраженными характеристиками поведения валентных электронов под воздействием внешнего электрического поля.
Проводники
В некоторых веществах валентные электроны свободно перемещаются между атомами. Прежде всего к этой категории относятся металлы, в которых электроны внешних оболочек буквально находятся в «общей собственности» атомов кристаллической решетки (см.
химические связи и электронная теория проводимости).
Если подать на такое вещество электрическое напряжение (например, подключить к двум его концам полюса аккумуляторной батареи), электроны начнут беспрепятственное упорядоченное движение в направлении южного полюса разности потенциалов, создавая тем самым электрический ток. Токопроводящие вещества подобного рода принято называть проводниками. Самые распространенные в технике проводники — это, конечно же, металлы, прежде всего медь и алюминий, обладающие минимальным электрическим сопротивлением и достаточно широко распространенные в земной природе. Именно из них в основном изготавливаются и высоковольтные электрические кабели, и бытовая электропроводка. Имеются и другие виды материалов, обладающих хорошей электропроводностью, — это, в частности, солевые, щелочные и кислотные растворы, а также плазма и некоторые виды длинных органических молекул.
В этой связи важно помнить, что электропроводность может быть обусловлена наличием в веществе не только свободных электронов, но и свободных положительно и отрицательно заряженных ионов химических соединений. В частности, даже в обычной водопроводной воде растворено столько всевозможных солей, разлагающихся при растворении на отрицательно заряженные катионы и положительно заряженные анионы, что вода (даже пресная) является весьма хорошим проводником, и об этом нельзя забывать, работая с электрооборудованием в условиях повышенной влажности — иначе можно получить весьма ощутимый удар током.
Изоляторы
Во многих других веществах (в частности, в стекле, фарфоре, пластмассах) электроны прочно привязаны к атомам или молекулам и
не способны к свободному перемещению под воздействием приложенного извне электрического напряжения. Такие материалы называются изоляторами.
Чаще всего в современной технике в качестве электроизоляторов используются различные пластмассы. По сути, любой пластик состоит из полимерных молекул — то есть очень длинных цепочек органических (водородно-углеродных) соединений, — которые к тому же образуют сложные и весьма прочные взаимные переплетения. Проще всего структуру полимера представить себе в виде тарелки перепутавшейся и слипшейся длинной и тонкой лапши. В таких материалах электроны прочно привязаны к своим сверхдлинным молекулам и не способны покинуть их под воздействием внешнего напряжения. Хорошими изоляционными свойствами обладают и аморфные вещества, такие как стекло, фарфор или резина, не имеющие жесткой кристаллической структуры. Они также нередко используются в качестве электроизоляторов.
И проводники, и изоляторы играют важную роль в нашей техногенной цивилизации, использующей электричество в качестве основного средства передачи энергии на расстояние. По проводникам электроэнергия поступает от электростанций в наши дома и на всевозможные производственные предприятия, а изоляторы обеспечивают нашу безопасность, ограждая от губительных последствий прямого контакта человеческого организма с высоким электрическим напряжением.
Полупроводники
Наконец, имеется малочисленная категория химических элементов, занимающих промежуточное положение между металлами и изоляторами (самые известные из них — кремний и германий). В кристаллических решетках этих веществ все валентные электроны, на первый взгляд, связаны химическими связями и свободных электронов для обеспечения электрической проводимости, казалось бы, оставаться не должно. Однако на деле ситуация выглядит несколько иначе, поскольку часть электронов оказывается выбитой со своих внешних орбит в результате теплового движения по причине недостаточной энергии их связи с атомами. В результате при температуре выше абсолютного нуля они все-таки обладают определенной электропроводностью под воздействием внешнего напряжения. Коэффициент проводимости у них достаточно низкий (тот же кремний проводит электрический ток в миллионы раз хуже меди), но какой-то ток, пусть и незначительный, они все-таки проводят. Такие вещества называют полупроводниками.
Как выяснилось в результате исследований, электрическая проводимость в полупроводниках, однако, обусловлена не только движением свободных электронов (так называемой п-проводимостью за счет направленного движения отрицательно заряженных частиц). Имеется и второй механизм электропроводности — при этом весьма необычный. При высвобождении электрона из кристаллической решетки полупроводника за счет теплового движения на его месте образуется так называемая дырка — положительно заряженная ячейка кристаллической структуры, которая может в любой момент оказаться занятой отрицательно заряженным электроном, перескочившим в нее с внешней орбиты соседнего атома, где, в свою очередь, образуется новая положительно заряженная дырка. Такой процесс может продолжаться сколь угодно долго, и выглядеть со стороны (в макроскопическом масштабе) все будет так, что электрический ток под внешним напряжением обусловлен не движением электронов (которые всего лишь перескакивают с внешней орбиты одного атома на внешнюю орбиту соседнего атома), а направленной миграцией положительно заряженной дырки (дефицита электрона) в направлении отрицательного полюса приложенной разности потенциалов. В итоге в полупроводниках наблюдается и второй тип проводимости (так называемая дырочная, или р-проводимость), обусловленная, конечно же, также движением отрицательно заряженных электронов, но с точки зрения макроскопических свойств вещества представляющаяся направленным током положительно заряженных дырок к отрицательному полюсу.
Явление дырочной проводимости проще всего проиллюстрировать на примере дорожной пробки. По мере продвижения вперед машины, застрявшей в ней, на ее месте образуется свободное пространство, которое тут же занимает следующая машина, место которой сразу же занимает третья машина и т.д. Этот процесс можно представить себе двояко: можно описывать редкое продвижение отдельных машин из числа стоящих в длинной пробке; проще, однако, характеризовать ситуацию с точки зрения эпизодического продвижения в противоположном направлении немногочисленных пустот между застрявшими в пробке машинами. Именно руководствуясь подобной аналогией, физики и говорят о дырочной проводимости, условно принимая за данность, что электрический ток проводится не благодаря движению многочисленных, но редко трогающихся с места отрицательно заряженных электронов, а благодаря движению в противоположном направлении положительно заряженных пустот на внешних орбитах атомов полупроводников, которые они условились называть дырками. Таким образом, дуализм электронно-дырочной проводимости носит чисто условный характер, поскольку с физической точки зрения ток в полупроводниках в любом случае обусловлен исключительно направленным движением электронов.
Полупроводники нашли широкое практическое применение в современной радиоэлектронике и компьютерных технологиях именно благодаря тому, что их проводящие свойства легко и точно контролируются посредством изменения внешних условий.
электронная теория проводимости
Электропроводность твердых тел обусловлена коллективным направленным движением свободных электронов
ок. 420 до н.э.
•
•
1900
атомная теория отроения вещества