4. Измерения

Приборы и оборудование. Цифровой измеритель сопротивления Щ4300 (В7-16), образец полупроводникового термосопротивления (термистора), образец медного проводника, образец металлического сплава с низким температурным коэффициентом сопротивления, термометр, колба с водой, электроплитка.

Температурная зависимость сопротивления образца измеряется с помощью цифрового омметра по мере его нагревания. Измерения сопротивления образца и его температуры должны проводиться одновременно, поэтому нагрев производиться медленно. Образец вместе с термометром помещают в термостат. В качестве термостата используется колба с водой, которая нагревается на электроплитке. После обработки полученных температурных зависимостей определяется величина энергии активации для полупроводникового термистора и температурный коэффициент сопротивления для металлов.

Задание 1.

Измерение температурной зависимости

сопротивления термистора

1. Подключить провода, идущие от термистора, к входным гнездам цифрового вольтметра Щ4300.

2. Поставить переключатель пределов цифрового прибора на диапазон 2 кОм.

3. Включить цифровой прибор в сеть и дать ему прогреться несколько минут.

4. Измерить сопротивление термистора при комнатной температуре.

5. Включить электроплитку в сеть.

6. Отметить по термометру температуру образца и одновременно снять показания сопротивления термистора по цифровому прибору. По мере нагревания термостата произвести не менее 10 - 12 измерений сопротивлений и соответствующих им температур. Измерения проводить до начала кипения воды в колбе (t ~ 95С). Все измеренные величины R, кОм, и t, °C занести в таблицу, построить график.

7. Отключить цифровой вольтметр от сети и выключить электроплитку.

Задание 2.

Измерение температурной зависимости

сопротивления металлов

1. Заменить термистор одним из образцов металлического сопротивления. Для опытов предлагается образец медного провода, и образец высокоточного сопротивления с низким температурным сопротивлением.

2. Измерить сопротивление проводника при комнатной температуре, при необходимости переключив предел измерения сопротивления.

3. Поместить пробирку с образцом и термометром в колбу с горячей водой, оставшейся от предыдущего опыта. Через несколько минут, когда температура образца установиться, провести измерение сопротивления и результаты занести их в таблицу (металлы имеют линейную зависимость сопротивления от температуры, поэтому достаточно измерить сопротивление в двух точках).

4. Повторить перечисленные выше измерения для другого образца проводника. Данные занести в таблицу.

5. Построить графики зависимости сопротивления R от температуры t для обоих образцов. По графику определить температурные коэффициенты сопротивления (выражение (6.2)).

Задание 3.

Расчет энергии активации

1. Перевести температуру t,°С вТ, К.и рассчитать величину 1/Т, причем расчет величины 1/Тсделать до пятого знака (например, 1/Т =0,00335). Занести полученные результаты 1/Тв таблицу для каждого образца. Сюда же внести значения натуральных логарифмов полученных сопротивленийln R.

2. Построить зависимость сопротивления термистора от температуры в координатах lnR и (1/T)·10³ или (1/T)·10⁴.

3. Из полученных зависимостей определить наклон прямой, т. е. постоянную В (в градусах) и рассчитать энергию активации в электрон-вольтах по формуле (6.8). Где k —постоянная Больцмана, выраженная в электрон-вольтах на градус. Учтите, что здесь k = 0,86·10^-4 эВ/град.

Пример оформления таблиц.

№	Термистор
	t, oC	R	T, K	(1/T)·104	ln R
1 … 12
Энергия активации ΔW= эВ

№	Металл (Сплав)
	t, oC	R
1 2…
Температурный коэффициент сопротивления  = 10-3 К-1

Отчет о работе должен содержать: графики температурной зависимости сопротивления трех образцов (термистр, медь, сплав) в координатах (R(t), tC) и кроме того для термистора в координатах (lnR – 1/T), три таблицы, результаты вычислений температурного коэффициента сопротивления для металлов и энергии активации для термистора.

К отчету принимаются только графики, выполненные на миллиметровке и с размерами не менее половины тетрадного листа.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Зонная теория проводимости. Отличие металлов от полупроводников.

2. Как зависит сопротивление полупроводников от температуры?

3. В чем причина наличия температурной зависимости сопротивления металлов от температуры.

4. Что называется энергией активации?

5. Как определить энергию активации полупроводникового термистора?