Фізика(готові лабораторні роботи) / Довбань / lr55

Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний технологічний університет

Кафедра фізики

Група РТ-8

Лабораторна робота №55

Тема: “Дослідження температурної залежності металу і термістора та визначення енергії активації”

Виконав: Яшник Д.М.

Перевірив: Алексюк В.Ю.

Житомир

2004р.

Мета роботи: дослідити залежність опору металу та напівпровідника від температури, за результатами експерименту обчислити температурний коефіцієнт для металу та енергію активації W електропровідності для напівпровідника.

Обладнання: термостат, зразки металу і напівпровідника, універсальний місток постійного струму, з’єднувальні проводи, термометр.

Теоретичні відомості

Опір металевого провідника залежить від температури : (1) де R – опір провідника при температурі tºС, R – його опір при 0ºC , – температурний коефіцієнт опору – фізична величина що показує . на яку частину збільшується опір провідника при нагріванні його на 1ºC.

Характер залежності опору металу від температури повністю пояснюється зонною теорією твердого тіла .

На практиці вимірювання температурного коефіцієнта опору зводиться до визначення опорів R₁ і R₂ при двох довільних t₁º та t₂º. записавши R₁ і R₂ у вигляді (1) і розв’язавши систему рівнянь відносно маємо: . (2)

Напівпровідник відрізняється від металу не тільки значно меншою провідністю , але й іншою залежністю опору від температури. Для металів опір зростає лінійно з підвищенням температури опір зменшується за експоненціальним законом: , (3) де A – константа , яка залежить від природи напівпровідника, W– енергія активації, k– стала Больцмана.

Вимірявши опір напівпровідника R₁ і R₂ при різних температурах і та виходячи з формули (3) можна знайти енергію активації: . (4)

Для визначення залежності опору зразків від температури використовується схема, зображена на рис. 1. Вона містить металевий провідник М, намотаний на ізолятор, і напівпровідник (термістор) Н. Досліджувані зразки розміщуються в термостаті, що живиться від електромережі. Вимірювання опору зразків проводиться при температурі від кімнатної до 100ºСз інтервалом 5ºС . Таким чином, на графіку повинно бути не менше 10 точок. Опір зразків вимірюється за допомогою вимірювального універсального моста.

Порядок виконання роботи

1. Ввімкнути універсальний місток і виміряти опір металевого провідника і напівпровідника при кімнатній температурі.

2. Ввімкнути в мережу термостат. Через % виконати не менше 10 вимірювань опору зразків.

3. Результати записати в таблицю.

Таблиця 1.

Номер досліду	Температура			Опір провідника, R,Oм	Опір напівпровідника
	t,ºC	T,K	1/T, K-1		R, Ом	Ln R
1	25	298	0,00336	1062	3150	8,06
2	30	303	0,00330	1072	2790	7,93
3	35	308	0,00325	1082	2550	7,84
4	40	313	0,00319	1094	2320	7,75
5	45	318	0,00314	1110	2050	7,63
6	50	323	0,00310	1125	1840	7,52
7	55	328	0,00305	1140	1635	7,40
8	60	333	0,00300	1160	1430	7,27
9	65	338	0,00296	1177	1270	7,15
10	70	343	0,00292	1192	1180	7,07
11	75	348	0,00287	1212	1050	6,96
12	80	353	0,00283	1232	905	6,81

4. Згідно даних досліду побудувати графіки залежності:

1. опору R провідника від температури tº

2. lnR від 1/T для напівпровідника

5. Згідно графіка знайти R провідника і напівпровідника при 0ºС і 100ºС . Провідник: .

6. Знайти чисельне значення температурного коефіцієнта опору і енергії активації W. Для розрахунку W використати формулу K^-1 Дж

Контрольні запитання

1. В чому полягає відмінність між напівпровідниками, діелектриками і провідниками з точки зору зонної теорії?

Основна відмінність з точки зору зонної теорії полягає в ширині забороненої зони. В провідників еВ, в напівпровідників 0,1 еВ 3 еВ, а в діелектриків еВ.

2. Як пояснити, що з підвищенням температури опір металу зростає, а напівпровідника зменшується?

З підвищенням температури концентрація вільних носіїв заряду в напівпровідників збільшується , що і пояснює зменшення опору металу в напівпровідниках.

Задача №679

Яке значення енергії Фермі в електронів провідності двохвалентної міді? Виразити енергію Фермі в джоулях і електрон-вольтах.

Рівень Фермі відповідає максимальній кінетичній енергії E_F , яку може мати електрон в металі при абсолютному нулі. Її називають енергією Фермі.

, , , , ,

Відповідь: .