Хід виконання роботи

1. Після перевірки викладачем зібраної схеми (Рис.2), ввімкніть випрямляч В₁ в електромережу і за допомогою подільника R₁ відрегулюйте струм через пластину величиною 1мА.

1.1. Значення струму І та напруги V на подільнику R₁ запишіть у Табл.

2. Магазином опорів підберіть опір R₂ такий, щоб потенціометр давав нульове показання стрілки (вирівнювання потенціалів зондів).

Таблиця результатів вимірювання

№ п/п	І, мA	V, В	, мВ	В, Тл
1	1			1.65
2	2			1.65
3	3			1.65
4	4			1.65
5	5			1.65
6	6			1.65
7	7			1.65

3. Увімкніть випрямляч В₂ в електромережу і доведіть струм через обмотку тороїдального магніту до 5 А. При цьому в перерізі напівпровідникової пластинки виникне магнітне поле з магнітною індукцією 1.65 Тл.

4. За допомогою потенціометра ПП зніміть значення холлівської напруги і занесіть їх до Таблиці.

5. Вимкніть випрямляч живлення електромагніта В₂ і опором R₁ збільшуйте струм через пластину кроком І в 1мА до 6мА. При кожному такому збільшенні струму переходьте до п.1.1 і далі.

Обробка результатів вимірювання

1. Вираз (3) можна записати у вигляді

.

Для лінеаризації цієї залежності у стандартному вигляді y=a+bx, покладемо . Для визначення коефіцієнта b ( тобто ) та границі довірчого інтервалу застосуємо метод найменших квадратів.

2. Вираз (8) можна записати у вигляді

.

Для лінеаризації цієї залежності у стандартному вигляді y=a+bx, покладемо y= ІB, , b=n. Для визначення коефіцієнта b ( тобто n ) та границі довірчого інтервалу застосуємо метод найменших квадратів.

3. Аналогічну процедуру проробимо для лінійної залежності y = a + bx між холлівською напругою та напругою V

U L= u bVB.

Тут покладемо . Для розрахунку b і границі довірчого інтервалу b також застосуємо метод найменших квадратів.

4. Результати розрахунків запишемо у вигляді

-стала Холла ,

- концентрація носіїв струму ,

-їх рухливість

при ймовірності Р=0,95.

5.Проаналізуйте одержані результати і висновки запишіть до протоколу.

Контрольні запитання.

1. Які сили діють на носій струму в напівпровіднику, що знаходиться в магнітному полі?

2. В чому полягає фізичний зміст явища Холла?

3. Які прилади та обладнання застосовуються в експерименті?

4. Виведіть робочі формули для визначення концентрації носіїв струму та їх рухливості.

5. Укажіть полярність холлівської напруги для n-напівпровідника та р-н/провідника при заданих напрямках індукції В та густини струму j.

6. Проаналізуйте відповідні формули та вкажіть які параметри

установки потрібні для визначення концентрації носіїв струму та їх рухливості.

7. В чому полягає метод лінеаризації пропорційної залежності між деякими величинами та як ми його застосовуємо в роботі?

8. В чому полягає метод найменших квадратів?

ВИМІРЮВАННЯ ТЕПЛОЄМНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ

Мета роботи

провести вимірювання питомої та молярної теплоємності твердих тіл при кімнатній температурі.

Прилади та обладнання

С-калориметр, дзеркальний гальванометр, секундомір, термостат, магазин опорів, термометр, зразки міді, алюмінію, графіта та заліза.

Коротка теорія

Теплоємністю тіла називається величина, що чисельно рівна кількості теплоти¹, необхідної для зміни температури тіла на 1 К, і визначається за формулою

. (1)

Теплоємність одиниці маси речовини - називається питомою теплоємністю

. (2)

Теплоємність моля речовини (молярна теплоємність) дорівнює

С_ =c. (3)

Класична теорія теплоємності твердого тіла

Класична теорія теплоємності виходить із теореми Больцмана про рівнорозподіл енергії тіла по ступенях свободи. Згідно її положень тверде тіло уявляється однією великою молекулою з 3-ма поступальними ступенями свободи центра мас, трьома обертовими ступенями свободи навколо центра мас та 3N-63N коливальними ступенями свободи, кожна з яких має теплову енергію kT. Нехтуючи поступальними та обертовими ступенями свободи можна записати повну внутрішню енергію моля речовини у виді

Е_=3N_АkT=3RT. (4)

Звертаючи увагу на те, що теплове розширення твердого тіла незначне (коефіцієнт температурного розширення ), можна прийняти, що молярні теплоємності при сталому тиску та сталому обємі рівні між собою і дорівнюють

. (5)

У цьому випадку

. (6)

Експериментально такий результат одержали Дюлонг та Пті: молярна теплоємність хімічно простих речовин у кристалічному стані не залежить від температури та дорівнює 3R. Насправді це правило виконується лише при високих температурах. Для низьких температур теплоємність хімічно простого твердого тіла пропорційна кубу температури. Цей експериментальний результат має лише квантово-механічне обґрунтування, тобто тверде тіло при низьких температурах необхідно розглядати як квантову систему. Існує декілька квантових моделей теплоємності твердого тіла, які дають узгоджений з експериментом результат. У Додатку (§ 4) розглянуто одну з таких моделей, що її запропонував Дебай.