- •Частина 1. Електрика.
- •Частина 2. Магнетизм.
- •Випадкові та систематичні похибки
- •Систематичні похибки.
- •Обробка результатів при непрямих вимірюваннях.
- •Лабораторна робота № 1 визначення невідомої величини опору за допомогою електровимірювальних приладів та містка уітстона
- •Вимірювання опору за допомогою амперметра та вольтметра.
- •Характеристики електровимірювальних приладів.
- •Метод Уітстона.
- •Порядок виконання роботи.
- •Контрольні запитання
- •Література
- •Лабораторна робота № 3 виміРювання питомого заряду електрону по вольт-амперній характеристиці ненасиченого вакуумного діода
- •Экспериментальна установка
- •Контрольні запитання
- •Література
- •Лабораторна робота № 4 вивчення температурної залежности опору металів та напівпровідників та визначення енергії активації
- •Експериментальна установка
- •Завдання.
- •Лабораторна робота № 5 визначення питомої електропровідності електролітів та її залежності від концентрації та температури
- •Е кспериментальна установка.
- •Завдання
- •Контрольні питання
- •Література
- •Лабораторна робота № 6 вивчення затухаючих коливань у коливальному контурі.
- •Експериментальна установка.
- •Завдання.
- •Контрольні питання
- •Література
- •Лабораторна робота № 7 вимушені коливання у коливальному контурі
- •Експериментальна установка.
- •Завдання
- •Контрольні питання
- •Література
- •Лабораторна робота № 8. Вивчення напівпровідникового діода
- •Експериментальна установка
- •Завдання
- •Контрольні питання
- •Література
- •Частина 2. Магнетизм. Лабораторна робота № 9 визначення питомого заряду електрона методом магнетрона
- •Експериментальна установка
- •Завдання
- •Контрольні питання.
- •Література.
- •Лабораторна робота № 10 визначення горизонтальної складової магнітного поля землі.
- •Завдання
- •Контрольні питання.
- •Література.
- •Лабораторна робота №11. Ефект холла у напівпровідниках.
- •1. Енергетичні зони.
- •2. Електронна та діркова провідність.
- •3. Власна та домішкова провідність.
- •4. Визначення концентрації носіїв заряду п та їх рухомості b.
- •5.Ефект Холла.
- •Експериментальна установка.
- •Завдання.
- •Дані для розрахунку.
- •Контрольні запитання.
- •Література.
- •Лабораторна робота № 12 дослідження намагнічування феромагнетиків за допомогою осцилографа
- •Експериментальна установка
- •Завдання
- •Контрольні запитання
- •Література
- •Лабораторна робота № 13 експерементальна перевірка закона кюрі - вейса
- •Експериментальна установка
- •Завдання
- •Контрольні запитання
- •Література.
2. Електронна та діркова провідність.
При дослідженні електричних властивостей речовини важливо розрізняти випадки, коли зона провідності зайнята незначно або, навпаки, майже до кінця. В мало заповненій зоні електрони займають нижні енергетичні рівні, які розташовані біля її дна. Рух цих електронів мало відрізняється від руху вільних електронів. У цьому випадку говорять, що провідність належить до електронного типу.
Існує інший тип провідності, що носить назву “дірковий”. В цьому випадку процеси переносу заряду відбуваються наступним чином. Валентна зона повинна бути не повністю заповненою, тобто в ній існують вільні рівні. Припустимо, що біля якогось із атомів з’явилося вільне електронне місце в ковалентному зв’язку – вакансія, що має позитивний заряд. В результаті флуктуацій якийсь із безлічі електронів, що рухається навколо сусідніх атомів, може покинути своє місце і зайняти вакансію. Такий електрон може виконати поступальний рух. Але він сам звільнив позитивну вакансію. Остання через певний час, який необхідний для створення необхідних умов для “стрибка” іншому електрону, теж буде заповнена, але звільниться інша. Рух електронів має “стрибкоподібний характер”.
Якщо таких вільних рівнів дуже багато, то електрон, відірвавшись від свого атому в силу випадкового збігу обставин, наприклад, поглинувши квант теплової енергії, починає перескакувати з рівня на рівень і рухатись по кристалу практично ніде не затримуючись. Рух електрону в цьому випадку нагадує вільний, але має “стрибкоподібний” характер. Математично зазначений стрибкоподібний характер руху електрону описувати важко. Зручніше ввести до розгляду уявний, “віртуальний” носій позитивного заряду – вакансію або “дірку”. Рух вакансій направлений протилежно руху електронів, його зручніше описувати тим же математичним апаратом, що й рух вільних електронів, оскільки рух вакансій можна вважати вільним. Для дірки, як і для електрону, вводять поняття ефективної маси, при цьому . Маса дірки більша за масу вільного електрона, оскільки дірка більш інерційна, ніж вільний електрон. Останнє викликано, як було зазначено раніше, тим, що рух дірки викликаний перескоком електрону з зайнятого ним рівня на вакансію. А для цього потрібен більший час, ніж вільному електрону для подолання такої ж відстані.У цьому випадку говорять про дірковий тип провідності.
Електронний тип провідності характерний для більшості чистих металів. Але в ряді металів (берилій, кадмій та деякі інші) основними носіями електричного струму є дірки.
Питома електрична провідність провідника залежить від концентрації n та рухомості b носіїв струму. Рухомістю b (іноді ) називають відношення середньої упорядкованої швидкості носіїв (електронів та дірок) до напруженості зовнішнього електричного поля Е, яке спричиняє цей рух
.
Густина струму у провіднику рівна
, (11.1)
де - питома електрична провідність.
З іншого боку
, (11.1а)
де е заряд електрона.
Порівнюючи (11.1) та (11.1а) побачимо, що питома електрична провідність визначається, як
= n e b . ( 11.2 )