
- •Определение температурной зависимости электросопротивления металлов и полупроводников.
- •Зона проводимости
- •Валентная зона
- •Порядок выполнения работы
- •I Температурная зависимость сопротивления полупроводников.
- •II. Температурная зависимость сопротивления металлов.
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
Работа №408
Определение температурной зависимости электросопротивления металлов и полупроводников.
Цель работы.Изучить зависимость электросопротивления металлов и полупроводников от температуры.
Приборы и принадлежности. Полупроводниковый термистор, керамический нагреватель, вольтметр В7-27/1, проволочный терморезистор, ртутный термометр, блок питания БП-4822-2, рабочая плата №5, муфельная печь.
ВВЕДЕНИЕ.
Плотность тока в проводнике равна
произведению удельной электрической
проводимости металла
на напряженность электрического поля
:
. (1)
Выражение (1) – закон Ома в дифференциальной форме, связывающей плотность тока в любой точки внутри проводника с напряженностью электрического поля в этой точке. В выражении (1) величина
,
обратная удельному сопротивлению
,
равна для электронных проводников и, в
частности, для металлов
(2)
3
где
- заряд электрона,
- концентрация электронов,
-
масса электрона,
-
время релаксации электронного газа к
равновесному состоянию.
Из выражения (2) следует, что проводимость
материала тем выше, чем больше концентрация
свободных электронов. В металлах
концентрация свободных электронов
остается постоянной с изменением
температуры и других видов воздействия.
Зависимость проводимости от температуры
определяется уменьшениемс увеличением температуры. Действительно,
, (3)
где
- средняя длинна свободного пробега
электрона (для металлов
),
а
- средняя скорость теплового движения
электронов.
Там как согласно экспериментальным данным
,
а для классического электронного газа
,
откуда получаем
. (4)
Следовательно, в случае классической
физикисопротивление металла должно
изменяться не линейно, как показывают
эксперименты, а по закону
Типичная экспериментальная зависимость сопротивления металлов от температуры представлена на рис.1
4
R
Rост
Т
Рис.1
На рис.1 видно, что в широком диапазоне температур сопротивление металлов линейно растет с ростом температуры. Увеличение величины сопротивления Rобъясняется тем, что с ростом температуры Т амплитуда тепловых колебаний кристаллической решетки увеличивается, и столкновение электронов с решеткой происходят чаще. Наличие остаточного нулевого сопротивленияRоств области низких температур связано с наличием дефектов и примесей, искажающих кристаллическую структуру материала.
Таким образом, классическая физика дает для металлов неправильную температурную зависимость R(T).Линейная зависимость может быть объяснена только с использованием моделивырожденного или квантового электронного газав рамкахквантовой физики.
Величина температурного коэффициента сопротивления
для большинства металлов составляет
.
Для чистых (беспримесных) металлов
величина температурного коэффициента
близка к значению
.
Линейная зависимость сопротивления металлов от температуры позволяет реализовывать на их основе прово
4
лочные измерители температур в широком температурном диапазоне.
Наибольшие значения
достигаются в полупроводниковых
материалах, что связано с резкой
температурной зависимостью концентрации
свободных носителей:
,
однако сама температурная зависимость R(T) имеет нелинейный характер. Кроме того, диапазон изменяемых температур в случаеполупроводниковых терморезистороввесьма ограничен.
Полупроводники– это большой класс веществ, сопротивление которых изменяется, в широких пределах и в очень сильной степени зависит от температуры (по экспоненциальному закону). Электропроводимостьнелегированного (собственного) проводника называетсясобственной проводимостью. Электронная проводимость (проводимость п-типа)возникает при тепловом переходе электронов извалентной зонывзону проводимости(рис.2)