|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4) |
|
|
|
Взявши похідну від виразу (1), одержимо для термоопору: |
|
||||||||||||
|
|
αтерм = - |
W/(2kТ2) |
|
|
(5) |
|
|
|||||
Знак “мінус” у виразі (5) означає, що з підвищенням температури опір |
|||||||||||||
термістора зменшується. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
З врахуванням того, що для металу залежність R від T є лінійною, ви- |
|||||||||||||
раз (4) можна перетворити до вигляду: |
|
|
|
|
|
||||||||
|
1 R |
1 R2 − R1 |
|
1 R2 − R1 |
|
R1 + R2 |
|
||||||
αмет = |
|
T = |
|
|
|
= |
|
t0 |
− t0 , |
де R = |
|
|
(6) |
R |
R T |
−T |
R |
2 |
|
||||||||
|
|
|
2 |
1 |
2 |
1 |
|
|
|
|
|||
3. Експериментальна частина (варіант №1)
Досліджувані напівпровідниковий і металевий опори поміщені в термостат з нагрівачем, мішалкою і термометром. Спочатку в термостаті встановлюється кімнатна температура, при якій вимірюють опір термістора і металу. Потім включають на якийсь час нагрівач і, піднявши температуру в ньому на 5-70С, знову вимірюють опір. Такі виміри опорів через кожні 5-70С продовжують до 50-600С, зробивши не менше 10 вимірів. У процесі вимірів повинна безупинно працювати мішалка термостата. Опори термістора і металу вимірюють, використовуючи нульовий метод моста постійного струму.
Результати вимірювань заносять в таблицю.
|
|
|
|
|
Термоопір |
|
|
Метал |
|
||
|
|
|
|
Rет, |
Відно- |
Rтерм |
lnR |
Rет |
Від- |
Rмет |
|
№ |
t,0C |
T, K |
1/T |
Ом |
шення |
Ком |
|
Ом |
ноше- |
Ом |
|
|
|
|
×10-3 |
|
плеч |
|
|
|
|
ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
плеч |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…… |
…… |
…… |
|
…… |
………… |
…… |
…… |
…… |
…… |
…… |
|
10 |
…… |
…… |
…… |
…… |
|
…… |
|
…… |
…… |
…… |
…… |
4.Обробка результатів вимірів
1.За результатами вимірів будують три графіки залежностей: Rтерм=f(T)
(рис.7), ln(Rтерм)=f(1/T) (рис.8) і Rмет=f(t) (рис.9).
2.З рисунків 8 і 9 робимо якісний висновок про залежність опору термістора і металу від температури.
3.На графіку залежності ln(Rтерм) від 1/T (рис.7) вибираємо дві точки, що лежать на прямій, визначаємо їхні координати і за допомогою формули (3) обчислюємо ширину забороненої зони напівпровідника.
Отримане значення W у Дж переводимо потім в еВ1 . Знаючи W, за
1 В фізиці твердого тіла енергія, як правило, вимірюється в еВ (1 еВ – це енергія, яку набуває електрон, пройшовши прискорюючу різницю потенциалів в 1В, 1еВ=1.6 10-19 Дж).
8
формулою (5) знаходимо температурний коефіцієнт опору термістора αтерм. для середнього значення вимірювального інтервалу температур.
4.Аналогічно, на графіку залежності R від t для металу (рис.9) вибираємо дві точки, що лежать на прямій, визначаємо їхні координати і за допомогою формули (6) обчислюємо температурний коефіцієнт опору.
Rтерм кОм
lnRтерм
lnR1 
lnR2 
|
|
|
|
|
|
Т 102, К |
|
|
|
|
1/T*103 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1/T |
1/T |
||||
3.0 |
3.1 |
3.2 |
3.3 |
3.4 |
3.5 |
|
2 |
1 |
|
||
Рис.8
Рис.7
RМет
R2 
R1 
|
|
|
|
t ОС |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
t1 |
t2 |
||||
Рис.9 |
|||||
Експериментальна частина (варіант №2)
Установка складається з електропечі з установленими в ній зразками й з вимірювального обладнання.
Перемикач «Зразок» призначений для почергового підключення зразків до вимірювального обладнання. Положенням перемикача «Зразок» відповідає підключення наступних зразків:
«0» - вимірювальний вхід обладнання закорочений; «1» - метал (мідь);
«2» - сплав з низьким температурним коефіцієнтом опору (манганін або константан);
«3» - напівпровідниковий терморезистор; Кнопки «нагрівання» і «вент» - призначені для включення й вимикання (
шляхом повторного натискання) електропечі й вентилятора відповідно. Кнопка «Стоп інд.» призначена для включення й вимикання ( шляхом по-
вторного натискання) режиму зупинки індикації значень температури й опору при знятті показань із інд. катодів.
Індикатори «0» і «Ом» призначені для індикації значень величини температури й опору зразків у процесі роботи.
9
Включити «Мережу» і дати прогрітися установці протягом 5 хвилин. Перемикачем «Зразок» виберіть зразок, опір якого буде досліджуватися. Нажати кнопку «Нагрівання». Спостерігаючи за індикатором «˚С», при досягненні необхідної температури виміру (ряд температур виміру рекомендується вибирати через 5˚), нажати кнопку «стоп інд.» і зняти показання з індикатору «Ом». Повторно нажати кнопку «стоп інд.». Перемикачем «зразок» виберіть другий зразок, опір якого буде досліджуватися й проробіть аналогічні дії. У такий спосіб роблять не менш 10 вимірів. При досягненні максимальної температури (100÷ 120˚ К), натисніть кнопку «вент». Спостерігаючи за індикатором «˚С» при досягненні необхідних температур виміру по вищезгаданому ряду температур, включаючи й виключаючи режим «стоп інд» і знімаючи показання з індикатору «Ом», одержіть дані для побудови залежності опору зразка від температури при охолодженні.
Результати вимірів заносять у таблицю.
|
|
|
1/T |
|
Термоопір |
|
Метал |
|||
№ |
t,˚C |
T, K |
× |
Rнагр. |
Rохл. |
Rср |
lnR |
Rнагр. |
Rохол. |
Rср. |
|
|
|
10¯³ |
Ом |
Ом |
. |
|
Ом |
Ом |
|
|
|
|
|
|
|
Ом |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольні запитання
1.Як виникають енергетичні зони при утворенні кристалу?
2.На яких принципах засноване заповнення електронами енергетичних рівнів?
3.За якою ознакою розподіляються тверді тіла на метали, діелектрики і напівпровідники? Нарисуйте відповідні зонні схеми.
4.Опишіть на основі зонної теорії електропровідність металів і діелектриків.
5.В чому полягає механізм електропровідності чистих напівпровідників?
6.Виведіть розрахункові формули (3) і (6).
7.Опишіть методику обробки експериментальних даних.
Література
В.І.Михайленко, В.М.Білоус, Ю.М.Поповський. Загальна фізика. Київ. 1993.
С.436-451