Чипс, филиал УрГупс

Кафедра ЕНД

Работа 45

Определение концентрации электронов

Студенты

Группа

Преподаватель

Дата

Челябинск

Цель работы: определить концентрацию и скорость дрейфа носителей заряда в полупроводнике с помощью эффекта Холла.

Оборудование: электромагнит, пластинка полупроводника, электронный блок с милливольтметром и миллиамперметром.

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Классическая электронная теория электропроводности предполагает, что в проводниках есть свободные электроны, которые ведут себя подобно идеальному газу. Но расчетная проводимость оказывается на один-два порядка меньше экспериментальных значений. Объяснение дано в зонной теории твердых тел. Только малая часть валентных электронов с энергией вблизи уровня Ферми переносит электрический ток. Кроме того, возможен еще один тип носителей зарядов – ……………, о которых не знает классическая теория.

Для изучения вида и знака носителей заряда в твердых телах можно применить эффект Холла. Он состоит …

Причиной этого является действие силы Лоренца F=…………. на движущиеся в магнитном поле заряды. Пусть по образцу в форме прямоугольной пластинки течет ток. Если носители заряда положительные, то под действием силы Лоренца они отклонятся на ……………грань пластинки. Накопление зарядов на гранях прекратится и наступит равновесие, когда сила Лоренца будет уравновешена ………

ЭДС Холла равна разности потенциалов между боковыми гранями и равна:

Исключив скорость дрейфа зарядов через измеряемую силу тока через пластинку V=…………….., можно получить формулу для ЭДС Холла:

по которой можно определить концентрацию носителей зарядов.

Экспериментальное изучение эффекта Холла производится на пластинке полупроводника, помещенной в зазор электромагнита. Силу тока и ЭДС Холла определяют по индикаторам цифровых милливольтметра и миллиамперметра электронного блока. Индукцию магнитного поля рассчитывают по силе тока катушки электромагнита: B=2,21 J_магн.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Индукция B, Тл
Сила тока J, мA
ЭДС Холла U, мB
Концентрация зарядов 1/м3

Пример расчета концентрации зарядов:

=

Расчет среднего значения концентрации зарядов:

<n>=

Оценка случайной погрешности измерения концентрации зарядов:

=

Расчет скорости дрейфа носителей зарядов в одном из опытов

=

Выводы.

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Чипс, филиал УрГупс

Кафедра ЕНД

Работа 46

Определение массы радиоактивного препарата

Студенты

Группа

Преподаватель

Дата

Челябинск

Цель работы: познакомиться с явлением радиоактивности, определить массу радиоактивного препарата по его активности.

Оборудование: контейнер с препаратом, секундомер и счетчик импульсов радиоактивного излучения.

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Радиоактивностью называется явление …………

Существует несколько видов радиоактивного распада. При альфа-распаде из ядер вылетают α-частицы. Это ядра …………….. Уравнение распада имеет вид:

Бета-распад происходит при распаде ядер с вылетом ………

Уравнение, например, электронного распада имеет вид:

Альфа- и бета-распады сопровождаются гамма-излучением. Это ……

Распад ядра – явление случайное, независимое от других ядер, от внешних воздействий. По теории вероятности, число распавшихся за небольшой промежуток времени ядер пропорционально:

Проинтегрируем это уравнение по времени. В результате получим, закон радиоактивного распада:

Активностью называется ……

По известной активности можно определить число радиоактивных ядер и, значит, массу препарата. Формула имеет вид:

Измерение активности производится с помощью счетчика Гейгера, но для этого следует учесть геометрическую поправку, которая равна доле частиц ……

и эффективность счетчика, которая учитывает ………

Итоговая формула для расчета массы препарата имеет вид

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Число импульсов n

Таблица 1

Расчет среднего значения зарегистрированных импульсов:

Фон nф
Среднее число импульсов <n>
Число импульсов без фона <n>– nф
Постоянная установки С, кг∙с
Масса препарата m, кг

<n>=

Расчет скорости счета импульсов:

=

Расчет постоянной установки:

=

Расчет среднего значения массы препарата:

=

Оценка случайной погрешности измерения числа импульсов =

Оценка случайной погрешности измерения массы препарата =

Результат измерения массы препарата

m =…………±…., кг Р= …..

Выводы