Chất bán dẫn (tiếng Anh: Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Ứng dụng thực tế đầu tiên của chất bán dẫn là vào năm 1904 với máy Cat’s-whisker detector (tạm dịch là “máy dò râu mèo”) với một diode bán dẫn tinh khiết. Sau đó nhờ việc phát triển của thuyết vật lý lượng tử người ta đã tạo ra bóng bán dẫn năm 1947 và mạch tích hợp đầu tiên năm 1958.

Vì chất bán dẫn không được bày bán một cách phổ thông trong các cửa hàng giống như các thiết bị điện, nên nó có thể khó hình dung với nhiều người, nhưng trong thực tế, nó được sử dụng trong rất nhiều thiết bị hiện nay. Ví dụ:

Cảm biến nhiệt độ được trong điều hòa không khí được làm từ chất bán dẫn. Nồi cơm điện có thể nấu cơm một cách hoàn hảo là nhờ hệ thống điều khiển nhiệt độ chính xác có sử dụng chất bán dẫn. Bộ vi xử lý của máy tính CPU cũng được làm từ các nguyên liệu chất bán dẫn.

Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh và bóng đèn LED cũng sử dụng chất bán dẫn.

Ngoài lĩnh vực điện tử tiêu dùng, chất bán dẫn cũng đóng một vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, xe lửa, internet, truyền thông và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng xã hội, chẳng hạn như trong mạng lưới y tế được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe người cao tuổi, vv… Thêm vào đó, hệ thống hậu cần hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy việc bảo tồn môi trường toàn cầu.

Các thiết bị bán dẫn chủ yếu hoạt động dựa trên hiện tượng nào dưới đây?

Dao động điều hòa là chuyển động lặp đi lặp lại quanh vị trí cân bằng, tuân theo quy luật hình sin.Phương trình tổng quát của dao động điều hòa có dạng: $x=A\cos \left(\omega t+\phi \right)$ ( x:cm, t:s). Trong đó: x là li độ của dao động; A là biên độ dao động; ωωlà tốc độ góc; φφ là pha ban đầu, xác định trạng thái ban đầu của vật $\left(-\pi \le \phi \le \pi \right)$

Vận tốc của dao động điều hòa là đạo hàm bậc nhất của li độ. Gia tốc của dao động điều hòa là đạo hàm bậc hai của li độ. Đối với dao động cơ điều hòa, chu kì dao động là quãng thời gian ngắn nhất để một trạng thái của dao động lặp lại như cũ và được xác định bằng công thức: $T=\frac{2\pi }{\omega }=\frac{t}{N}$, với N là số dao động thực hiện được trong thời gian t.

Phương trình vận tốc và phương trình gia tốc trong dao động điều hòa có dạng:

Một con lắc đồng hồ gồm một thanh thẳng, nhẹ, đầu dưới có gắn một vật nặng, đầu trên có thể q quay tự do quanh một trục cố định nằm ngang. Chu kì dao động nhỏ T của con lắc phụ thuộc vào cấu tạo của nó và gia tốc trọng trường g nơi đặt đồng hồ theo biểu thức: $T=2\pi \sqrt{\frac{I}{Mg\text{d}}}$, trong đó M là khối lượng của con lắc, d là khoảng cách từ khối tâm của con lắc đến trục quay và g = 9,8 m/s². I được  gọi là quán tính của chuyển động quay (hay mômen quán tính) của con lắc đối với trục quay. Đối với các đồng hồ quả lắc thông thường, các thông số này được điều chỉnh (khi chế tạo đồng hồ) để chu kì dao động của con lắc đúng bằng 2 giây.

Cách bổ sung năng lượng để duy trì dao động của con lắc đồng hồ là sử dụng pin (loại nhỏ, thường là pin tiểu AA). Một pin AA có điện áp 1,5V cung cấp một điện lượng vào khoảng 1000 mAh (mili-ampe giờ). Năng lượng do pin cung cấp được tính bằng tích số của hai thông số này. Giả sử ngày lắp pin loại trên là ngày 1 tháng 1. Pin này sẽ cạn năng lượng (và do đó cần phải thay pin mới để đồng hồ hoạt động bình thường) vào khoảng:

Một vật thực hiện đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số với phương trình lần lượt là: $x_1=3\cos \left(10\pi t+\frac{5\pi }{6}\right)\left(cm\right)$ và $x_2=3\cos \left(10\pi t+\frac{\pi }{6}\right)\left(cm\right)$ (t tính bằng s).

Phương trình dao động tổng hợp của hai dao động trên là:

Một học sinh tiến hành một thí nghiệm, trong đó, bạn ấy treo một quả bóng khối lượng m bằng một sợi dây và quay đều nó chuyển động theo một đường tròn. Qủa bóng được đẩy ra khỏi tâm của vòng tròn chuyển động bằng một lực li tâm F_T. Lực được mô tả bằng công thức $F_T=\frac{m{v}^2}{R}$, với m là khối lượng, v là tốc độ của quả bóng và R là bán kính chuyển động của nó.

Mối quan hệ giữa lực trong sợi dây và khối lượng của quả cầu là gì?

Một học sinh đang làm một thí nghiệm liên quan đến lực, quãng đường, công và thời gian thực hiện công. Học sinh đưa ra bảng sau:

Bạn ấy cũng cho biết rằng:

Công suất $P=\frac{A}{t}$. Công suất được đo bằng Oát (W).

Nếu công suất W bằng công suất cần thiết để thắp sáng bóng đèn được gắn vào thì bóng đèn sẽ sáng. Nếu công suất nhiều hơn W, một bóng đèn gắn liền sẽ cháy sáng hơn.

Theo bảng thì 1J bằng bao nhiêu?

Máy tách hạt hoạt động bằng cách sử dụng từ trường và điện trường hướng vuông góc. Khi một hạt mang điện được phóng vào thiết bị tách hạt, một lực điện không đổi được tác dụng lên hạt tỷ lệ với điện tích của hạt. Ngoài ra, từ trường tác dụng lên hạt một lực ngược hướng với lực điện và tỷ lệ với điện tích và vận tốc của hạt. Một hạt sẽ đi qua bộ phân tách hạt chỉ khi lực từ trường và lực điện đối nghịch có độ lớn bằng nhau vì chúng sẽ không gây ra sự thay đổi thực về hướng của hạt.

Phát biểu nào sau đây về cường độ điện trường và cường độ từ trường là phù hợp với thông tin được cung cấp trong đoạn văn?

Một con lắc đồng hồ gồm một thanh thẳng, nhẹ, đầu dưới có gắn một vật nặng, đầu trên có thể q quay tự do quanh một trục cố định nằm ngang. Chu kì dao động nhỏ T của con lắc phụ thuộc vào cấu tạo của nó và gia tốc trọng trường g nơi đặt đồng hồ theo biểu thức: $T=2\pi \sqrt{\frac{I}{Mg\text{d}}}$, trong đó M là khối lượng của con lắc, d là khoảng cách từ khối tâm của con lắc đến trục quay và g = 9,8 m/s². I được  gọi là quán tính của chuyển động quay (hay mômen quán tính) của con lắc đối với trục quay. Đối với các đồng hồ quả lắc thông thường, các thông số này được điều chỉnh (khi chế tạo đồng hồ) để chu kì dao động của con lắc đúng bằng 2 giây.

Con lắc được chế tạo có thông số kỹ thuật là tích Md bằng 0,02 kg.m và có chu kì là 2s. Momen quán tính của con lắc đối với trục quay tính theo đơn vị trong hệ thống đo lường chuẩn quốc tế (SI) xấp xỉ là:

Các hạt nhân của các nguyên tử được cấu tạo từ các hạt sơ cấp gồm proton mang điện tích dương và các nơtron không mang điện gọi chung là các nuclôn. Trong tự nhiên, có nhiều hạt nhân tự động phóng ra các tia gọi là tia phóng xạ và biến đổi thành một hạt nhân khác. Một trong các loại tia phóng xạ đó là tia ${\beta }^{-}$ gồm các hạt electron. Các quá trình biến đổi hạt nhân trên luôn tuân theo các định luật bảo toàn của các đại lượng như: điện tích, số nuclôn, năng lượng và động lượng.

Nhận định nào sau đây đúng?

Một học sinh đang thực hiện một thí nghiệm khoa học cho lớp học của mình. Học sinh tạo ra một đoạn đường dốc có bốn bề mặt khác nhau: thảm, kính, gỗ và nhựa. Đường dốc được giữ ở một góc không đổi và một quả bóng được phép lăn xuống đường dốc. Học sinh kiểm tra từng vật liệu bằng cách thả một quả bóng ở các khoảng cách khác nhau từ cuối đoạn đường nối và ghi lại thời gian để quả bóng đi hết quãng đường.

Nếu quả cầu được thả trên mặt kính đi được quãng đường 50cm thì sau bao lâu (tính bằng giây) quả cầu sẽ đến đích?

Một con lắc đồng hồ gồm một thanh thẳng, nhẹ, đầu dưới có gắn một vật nặng, đầu trên có thể q quay tự do quanh một trục cố định nằm ngang. Chu kì dao động nhỏ T của con lắc phụ thuộc vào cấu tạo của nó và gia tốc trọng trường g nơi đặt đồng hồ theo biểu thức: $T=2\pi \sqrt{\frac{I}{Mg\text{d}}}$, trong đó M là khối lượng của con lắc, d là khoảng cách từ khối tâm của con lắc đến trục quay và g = 9,8 m/s². I được  gọi là quán tính của chuyển động quay (hay mômen quán tính) của con lắc đối với trục quay. Đối với các đồng hồ quả lắc thông thường, các thông số này được điều chỉnh (khi chế tạo đồng hồ) để chu kì dao động của con lắc đúng bằng 2 giây.

Do có ma sát với không khí cũng như ở trục quay nên khi ở chế độ hoạt động bình thường (chạy đúng giờ), cơ năng của con lắc bị tiêu hao $0,{965.10}^{-3}J$ trong mỗi chu kì dao động. Năng lượng cần bổ sung cho con lắc trong một tháng (30 ngày) xấp xỉ bằng:

Sử dụng một nguồn điện xoay chiều có biểu thức điện áp là: u(t)=U0.cos 100πt(V)u(t)=U0.cos 100πt(V), cấp cho một đoạn mạch điện gồm điện trở, tụ điện và cuộn cảm thuần mắc nối tiếp như hình vẽ:

Điện áp hiệu dụng đo được như sau:

U₀ có giá trị bằng bao nhiêu?

Sử dụng một nguồn điện xoay chiều có biểu thức điện áp là: u(t)=U0.cos 100πt(V)u(t)=U0.cos 100πt(V), cấp cho một đoạn mạch điện gồm điện trở, tụ điện và cuộn cảm thuần mắc nối tiếp như hình vẽ:

Điện áp hiệu dụng đo được như sau:

Một học sinh đang làm một thí nghiệm liên quan đến lực, quãng đường, công và thời gian thực hiện công. Học sinh đưa ra bảng sau:

Bạn ấy cũng cho biết rằng:

Công suất $P=\frac{A}{t}$. Công suất được đo bằng Oát (W).

Nếu công suất W bằng công suất cần thiết để thắp sáng bóng đèn được gắn vào thì bóng đèn sẽ sáng. Nếu công suất nhiều hơn W, một bóng đèn gắn liền sẽ cháy sáng hơn.

Học sinh đã thử lại thí nghiệm, nhưng lần này bạn ấy đã di chuyển vật trên quãng đường 40m nhưng theo hình tròn nên cuối cùng lại trở về vị trí cũ. Học sinh nghĩ rằng khoảng cách sẽ là 0m vì bạn ấy không thay đổi vị trí, do đó không thể thắp sáng một bóng đèn vì không có nguồn điện nào được tạo ra.

Điều này có đúng không?

Một học sinh tiến hành một thí nghiệm, trong đó, bạn ấy treo một quả bóng khối lượng m bằng một sợi dây và quay đều nó chuyển động theo một đường tròn. Qủa bóng được đẩy ra khỏi tâm của vòng tròn chuyển động bằng một lực li tâm F_T. Lực được mô tả bằng công thức $F_T=\frac{m{v}^2}{R}$, với m là khối lượng, v là tốc độ của quả bóng và R là bán kính chuyển động của nó.

Chuyển động tròn là

Sử dụng một nguồn điện xoay chiều có biểu thức điện áp là: u(t)=U0.cos 100πt(V)u(t)=U0.cos 100πt(V), cấp cho một đoạn mạch điện gồm điện trở, tụ điện và cuộn cảm thuần mắc nối tiếp như hình vẽ:

Điện áp hiệu dụng đo được như sau:

Hệ số công suất của đoạn mạch là bao nhiêu?