Kaip dirba saulės elektrinės ir tranzistoriai

 

"1940 m. vasario 23 d. Russellas Ohlas, "Bell Labs" tyrėjas ryškiai apšvietė silicio strypą, kurį jis tyrė. Tarp elektrodų, prilipusių prie strypo galų pasirodė elektros srovė. Kai Ohlas tarp šviesos ir strypo įdėjo ventiliatorių, srovė ėmė svyruoti pagal ventiliatoriaus užtemdančių peilių šešėlio, šviesos, šešėlio ir šviesos ritmą. Strypo elektrinis elgesys buvo akivaizdžiai nuo šviesos. Tai, kad šviesa gali sukelti tarp kai kurių medžiagų elektros srovę, buvo žinoma nuo XIX a. tai buvo vienas iš dalykų, dėl kurio Einšteino 1905 m. straipsnyje buvo pateiktas bendras paaiškinimas. Ohlo pastebėjimas išskyrė tai, kad „Bell Labs“ jis ir jo kolegos turėjo tinkamus fizinius ir konceptualius įrankius, kad galėtų suprasti, kaip tai vyksta, ir kaip pagerinti jo efektyvumą. 

Jie atrado, kad strype yra tai, kas buvo vadinama „p-n sandūra“ - vidinis elektrinis laukas, kurį sukūrė du šiek tiek skirtingi silicio tipai, besiribojantys vienas su kitu. Tai skamba kaip nedidelis defektas, tačiau šiandien jis yra daugiau ar mažiau toks pat civilizacijos dalykas kaip ratas. Taikant elektronikos srityje, p-n jungtis pakeitė AT & T pasaulį iš vakuuminių vamzdžių, fizinių jungiklių ir operatorių, dirbančių telefono stotelėse, į silicio gabalėlius. Sukonfigūruota naudoti šviesą, ji dabar padeda išlaisvinti pasaulį nuo iškastinio kuro poreikio. 

Tokių sujungimų darymas yra silicio „dopingo“ reikalas, pridedant kitų elementų pėdsakų. Kristaluose esantys atomai yra surišti cheminėmis jungtimis, pagamintomis iš bendrų išorinių elektronų. Gryno silicio kristale kiekvienas atomas naudoja savo keturis išorinius elektronus, kad sukurtų keturias tokias jungtis su keturiais kaimynais. Kadangi elektriniai laidininkai priklauso nuo laisvai tekančių elektronų, grynas silicis su visais savo elektronais yra elektros izoliatorius. Primaišykite į silicį fosforo ir tai pasikeičia: izoliatorius tampa puslaidininkiu. Fosforas turi penkis išorinius elektronus, palyginti su keturiais silicyje. Kai fosforo atomas atsiduria silicio gardelėje, keturi iš tų elektronų užmegs ryšius su keturiais silicio kaimynais. Bet penktasis galės laisvai klajoti ir taip vesti srovę. Dopingas, kuris tokiu būdu prideda elektronus, yra žinomas kaip n tipas. p tipo dopingui pridėti tokį atomą kaip boras, kuriame yra tik trys išoriniai elektronai. Dabar grotelėse yra skylių. Tos skylės, kaip ir atsarginiai elektronai, taip pat gali judėti per groteles, nešančias srovę. 

Laimingo atsitiktinumo metu Ohlo mėginyje šalia vienas kito buvo p ir n tipo silicio sluoksniai. Nors paprastai abu legiruoto silicio tipai praleistų tam tikrą srovę, kartu, stebėtinai, jie negalėjo - bent jau ne be šviesos. Taip buvo dėl to, kad n tipo silicio elektronai pasklido į p tipą, o skylės eina į priešingą pusę. Šie pasislinkę krūviai sukūrė elektrinį lauką, ir tas elektrinis laukas suformavo barjerą, kuriuo daugiau elektronai negalėjo praeiti. Švieskite šviesą tokioje sandūroje, ir fotonai išjudins laisvus elektronus, kurie, jei yra sandūroje, tekės kaip atsakas į elektrinį lauką. Jei ant n tipo silicio paviršiaus uždėsite metalinį elektrodą, p-silicio paviršiuje - kitą ir paleisite tarp jų laidą, elektronai palei tą laidą tekės į p tipo silicį, kur jie rekombinuos su priešinga kryptimi judančiomis skylėmis: štai, srovė. 

Nors jo jautrumas šviesai atkreipė Ohl dėmesį į p-n sandūrą, tai nebuvo p-n sandūros pirminis reikalavimas šlovei. „Bell Labs“ norėjo rasti būdą pakeisti vakuuminius vamzdelius ir kitus reikmenis, nuo kurių priklausė „AT&T“ verslas. p-n p-n sandūra įrodė tokią galimybę. 1947 m. Ohlo kolegos sugalvojo įrenginį, kuriame p-n sandūros izoliacinį poveikį būtų galima valdyti antruoju elektriniu lauku, taip sukuriant įjungimo / išjungimo jungiklį: tranzistorių. Tranzistoriai tapo naujų, pigių „kietojo kūno“ elektroninių schemų pagrindu. Technologija, kuri daugelį tranzistorių sutraukė į vieną puslaidininkio gabalą, pagimdė silicio lustą. 

Saulės elementai gaminami panašiai kaip silicio mikroschemos, tačiau yra daug mažiau sudėtingi. Jų sandūros tiesiog sėdi ten, visada įjungtos, energiją iš fotonų paversdamos elektra. “[1]

1. "Gradually, then all at once... Solar power." The Economist, 9 Jan. 2021, p. 7(US).

How do solar power plants and transistors work?

 "On February 23rd 1940 Russell Ohl, a researcher at Bell Labs who bore a distinct resemblance to the actor Wallace Shawn, shone a bright light onto an odd rod of silicon he was investigating. A current immediately began to flow between the electrodes stuck to the rod's ends. When Ohl put a fan in between the light and the rod the current started oscillating to the shadow-light-shadow-light rhythm of the fan's eclipsing blades. The rod's odd electrical behaviour was demonstrably down to the light.

That light could drive currents in some materials had been known since the 19th century; it was one of the things for which Einstein's paper of 1905 provided a general explanation. What distinguished Ohl's observation was that at Bell Labs he and his colleagues had the right tools, physical and conceptual, to make sense of how it was happening and how to improve its efficiency.

They discovered that the odd rod contained what came to be called a "p-n junction"--an internal electric field created by two slightly different types of silicon abutting one another. It sounds like a minor defect, but today it is more or less as fundamental to civilisation as the wheel. Applied in the field of electronics, the p-n junction changed AT&T's world from one of vacuum tubes, physical switches and operators working telephone exchanges to one embodied in slivers of silicon. Configured to make use of light, it is now helping to free the world of the need for fossil fuel.

Making such junctions is a matter of "doping" silicon by adding traces of other elements. Atoms in crystals are tied together by chemical bonds made of shared outer electrons. In a crystal of pure silicon, each atom uses its four outer electrons to make four such bonds to four neighbours. Since electrical conductors depend on free-flowing electrons, pure silicon, with all its electrons tied up, is an electrical insulator.

Dope the silicon with phosphorus and that changes: the insulator becomes a semiconductor. Phosphorus has five outer electrons, compared with silicon's four. When a phosphorous atom finds itself in a silicon lattice, four of those electrons will form bonds with its four silicon neighbours. But the fifth will be free to roam, and thus to conduct current. Doping which adds electrons in this way is known as n-type. For p-type doping you add an atom like boron, which has only three outer electrons. Now the lattice has holes in it. Those holes can also, like spare electrons, move through the lattice carrying current.

By an accident of its manufacture, Ohl's sample had layers of p- and n-type silicon right next to each other. While normally both types of doped silicon would pass some current, in conjunction, surprisingly, they could not--at least, not without light. This was because electrons in the n-type silicon had diffused into the p-type, with holes going the other way. These displaced charge carriers created an electric field, and that electric field formed a barrier no further electrons could pass.

Shine a light on such a junction, though, and the photons will knock loose fresh electrons--which, if in the junction, will flow in response to the electric field. If you put a metal electrode on the surface of the n-type silicon, another on the surface of the p-type silicon, and run a wire between them, the electrons will flow along that wire to the p-type silicon, where they will recombine with holes moving in the opposite direction: behold, a current.

Though its sensitivity to light brought the p-n junction to Ohl's attention, it was not its initial claim to fame. Bell Labs wanted to find a way of replacing the vacuum tubes and other paraphernalia on which AT&T's business depended. The p-n junction proved just the ticket. In 1947 colleagues of Ohl's came up with a device in which the insulating effect of a p-n junction could be manipulated with a second electric field, thus creating an on/off switch: the transistor. Transistors became the basis of new, cheap "solid-state" electronic circuitry. Technology which crammed many of them on to a single piece of semiconductor spawned the silicon chip.

Solar cells are made in a similar way to silicon chips but are much less complex. Their junctions just sit there, always on, turning energy from photons into electricity." [1]

1. "Gradually, then all at once... Solar power." The Economist, 9 Jan. 2021, p. 7(US).

Ką gali Amerika ir Europos Sąjunga?

 

"Amerika ir Europos Sąjunga sudaro daugiau kaip 40% pasaulio BVP; kartu su Didžiąja Britanija - beveik pusę visų gynybos išlaidų; taip pat turi didžiulę reguliavimo ir technologinę įtaką". [1]

1. "Putting it back together again; Transatlantic relations." The Economist, 9 Jan. 2021, p. 42(US).

What can America and the European Union do?

 "America and the European Union account for over 40% of the world's GDP; with Britain, nearly half of world's defense spending; and huge regulatory and technological clout." [1]

1. "Putting it back together again; Transatlantic relations." The Economist, 9 Jan. 2021, p. 42(US).

Lietuvoje išsikovojome "laisvę"

 "Šiuo metu nuo tarnybos slapstosi 9 tūkst. karo prievolininkų. Tai beveik pusė tiek, kiek kariuomenėje tarnauja karių."

Kelionė lėktuvu ir užsikrėtimas koronavirusu

" Po to, kai 18 valandų skrydis iš Dubajaus rugsėjį nusileido Oklande, Naujojoje Zelandijoje, vietos sveikatos tarnybos aptiko protrūkio, kuris greičiausiai įvyko kelionės metu, įrodymų. Naudojant sėdynių žemėlapius ir genetinę analizę, naujas tyrimas nustatė, kad vienas keleivis inicijavo infekcijos grandinę, kuri pakeliui išplito dar keturiems kitiems.

 Ankstesni akivaizdžių skrydžio metu užsikrėtimo atvejų tyrimai buvo skirti skrydžiams, įvykusiems praėjusį pavasarį, kai mažai keliautojų dėvėjo kaukes, lėktuvai skrido beveik tušti, o prevencinių priemonių vertė nebuvo plačiai suprantama. Naujame pranešime apie rudenį iš esmės tuščią skrydį išsamiai aprašoma, kas gali nutikti net tada, kai oro linijos ir keleiviai žino ir yra atsargesni apie riziką. 

„Svarbiausia žinia yra ta, kad turite turėti kelis prevencijos sluoksnius - reikalaujant testų prieš įlaipinimą, socialinį atstumą skrydžio metu ir kaukes“, - sakė Brighamo ir moterų ligoninės bei Harvardo medicinos mokyklos vidaus ligų gydytojas dr. Abraaras Karanas. kuris nebuvo tyrimo grupės narys. „Visi šie dalykai šiame skrydyje realizuoti skirtingais būdais, ir jei jie būtų tinkamai išbandyti, tai nebūtų nutikę.“ 

Naujos infekcijos buvo aptiktos lėktuvui nusileidus Naujojoje Zelandijoje; šalis reikalauja, kad atvykstantys keliautojai karantinuotųsi 14 dienų prieš patekdami į bendruomenę. Naujosios Zelandijos sveikatos ministerijos tyrėjų vadovaujama analizė parodė, kad septyni iš 86 keleivių keleivių karantino metu buvo teigiami ir bent keturi buvo naujai užkrėsti skrydžio metu. Orlaivis „Boeing 777-300ER“, talpinantis beveik 400 keleivių, buvo pilnas tik ketvirtadaliu. Šie septyni keleiviai atvyko iš penkių šalių ir 18 valandų skrydžio metu sėdėjo keturiose eilėse. Du pripažino, kad jie nedėvėjo kaukių, o aviakompanija nereikalavo kaukės dėvėti vestibiulyje, prieš lipant į lėktuvą. 

Taip pat nereikėjo atlikti testų prieš skrydį, nors penki iš septynių keleivių, kurie vėliau patyrė teigiamą rezultatą, likus kelioms dienoms iki įlaipinimo, atliko testą ir gavo neigiamą rezultatą. Koronaviruso versijos, kurias nešiojo visi septyni, buvo iš esmės identiškos genetiškai - tai rodo, kad vienas žmogus iš jų inicijavo protrūkį. Tyrėjai nustatė, kad asmuo, kurį ataskaita vadina keleiviu A, keturias ar penkias dienas prieš įlaipinimą iš tikrųjų buvo neigiamas. 

Ankstesni infekcijos rizikos faktoriai,, keliaujant lėktuvu, nebuvo aiškiai įvertinti, ir manoma, kad oro laive esančios oro filtravimo sistemos sumažina keleivių infekcijos riziką, net jei skrydyje dalyvauja vienas ar daugiau užsikrėtusių žmonių. Tačiau bent dviejuose naujausiuose pranešimuose tvirtai teigiama, kad skrydžio metu įvykę protrūkiai yra rizika: vienas iš skrydžio iš Bostono į Honkongą kovo mėnesį; kitas skrydis iš Londono į Hanojų, Vietname, taip pat kovo mėn."

Rusai apgaus mūsų muitininkus

 Todėl Lietuvos grūdų augintojai negali neteršti orą, sako Lietuvos prekiautojai grūdais. Juk rusai apgaus ir toliau terš. Mums reikia konkuruoti teršimu:

"Tiesa, ieškoma būtų spręsti tokias problemas – produktams, kurių gamyba vykdoma nesilaikant žaliojo kurso kriterijų, planuojama įvesti „sienos skaitiklio“ mokestį, kursą atitinkantys produktai keliautų „žaliuoju koridoriumi“. Tačiau galimybės įgyvendinti planuojamas priemones – miglotos. Juk daugelį produktų sudaro kelios ar net keliolika komponentų, todėl apskaičiuoti su tarša susijusius mokesčius bus itin sudėtinga ir reikalaus didelių administracinių resursų. Neatmestina ir tai, jog gamintojai iš trečiųjų šalių, nesilaikantys žaliojo kurso kriterijų, gudraus ir visomis priemonėmis sieks išvengti papildomų mokesčių, tuo tarpu Europos žemdirbiai, kuriems visos žaliojo kurso priemonės bus privalomos, praras konkurencingumą."

Viską jau kariam ant tų rusų...