Хід роботи.

1. Скласти схему установки згідно рис.5.3

2. Зняти статичні вольт-амперні характеристики варистора при 4-5 значеннях температур. Вимірювання струму проводити через 1-2 В.

3. Розрахувати провідність матеріалу варистора при різних прикладених напругах.

4. Побудувати вольт-амперні характеристики , графіки залежності і для різних температур варистора. За графіком визначити значення критичної напруженості поля для досліджуваних температур.

5. Розрахувати статичні і динамічні опори, коефіцієнт нелінійності для досліджуваного варистора в робочій точці.

6. Скласти схему установки (рис.5.4), спостерігати на екрані осцилографа і замалювати динамічні вольт-амперні характеристики досліджуваного варистора при різних частотах прикладеної напруги (5, 50, 500 Гц і 5, 10, 20 кГц). Порівняти отримані характеристики і зробити відповідні висновки.

7. Зняти температурну характеристику варистора і побудувати графік залежності .

8. Розрахувати температурний коефіцієнт зміни струму, температурний коефіцієнт опору , енергію активації в робочому інтервалі температур.

9. Побудувати графіки залежностей при різних температурах варистора і визначити значення критичної напруженості поля при різних температурах.

Контрольні запитання.

1. Яким чином слабке електричне поле змінює швидкість електронів в кристалі?

2. Які електричні поля називаються сильними?

3. Яким чином впливає механізм розсіювання на залежність рухливості від напруженості електричного поля?

4. Якими дослідами було доведено вплив сильного електричного поля на концентрацію носіїв заряду?

5. Пояснити ефект Гана в напівпровідниках.

6. Який механізм дії сильного поля при термоелектронній іонізації?

7. Пояснити нелінійність вольт-амперної характеристики і наявність петлі гістерезису у варисторі при високих частотах.

8. У чому полягає фізичний зміст поняття електронної температури? Які носії називають гарячими?

9. Який механізм дії сильного поля при ударній іонізації?

10. У чому полягає ефект Франца-Келдиша?

Лабораторна робота № 6. Вивчення зміни опору металів і напівпровідників в магнітному полі.

Мета роботи: дослідити провідність плівок вісмуту (магнію,телуру) в магнітному полі в залежності від напруженості поля.

Завдання: виміряти зміну величини питомого опору плівки вісмуту (магнію,телуру) від величини магнітного поля.

Обладнання:електромагніт із змінною віддалю між полюсними наконечниками, прилад комбінований цифровий Щ 4310 (для градуювання магнітного поля), скляні підкладки, наважки досліджуваного матеріалу, вакуумний універсальний пост ВУП-4, міст постійного струму МО-62.

Література: [6], [7], [9].

Теоретичний матеріал,

При визначенні механізму електропровідності металів завжди прагнуть зясувати процеси дії зовнішніх сил на рухомі електричні заряди. Діючи на заряди (електрони) магнітним полем, можна отримати цінні відомості про механізм проходження електричного струму через метали.

Вперше зміна опору металу в магнітному полі була виявлена В.Томсоном в 1856 р. на залізі. Пізніше було показано, що кожний метал, крім феромагнітних, вміщений в поперечне магнітне поле, збільшує свій опір електричному струмові.

З точки зору класичної теорії цей ефект представляється цілком зрозумілим: довжина вільного пробігу електрона або, інакше, число зіткнень є величиною, яка визначає опір металу. Під дією магнітного поля шляхи електронів повинні „викривлятися” в результаті чого електрони частіше будуть стикатися з атомами і довжина вільного пробігу їх зменшиться. Значить опір повинен зростати.

Розрахунки здійснені Дж.Томсоном на основі класичної теорії, дали вираз

(6.1)

Який задовільно співпадає з експериментальною залежністю, отриманою при дослідженнях в полях до

(6.2)

де – константа.

Дослідження П.Л.Капіци (1928р.) по впливу сильних магнітних полів (до 6 - 10 А/м) на опір металів привели до суттєво нових результатів, які не змогла пояснити класична теорія.

Виявилося, що квадратична залежність має місце в металі до певного значення поля ( ), після чого вона переходить в лінійну залежність, тобто відносна зміна опору зміна опору збільшується лінійно із збільшенням напруженості магнітного поля, а в деяких металах (телур, графіт) спостерігається після лінійної ділянки насичення.

Класична теорія металів не в змозі пояснити поведінку металу в сильних магнітних полях. Дальша теоретична розробка питання може вестись на основі квантової механіки.

Слід зауважити, що як температура, так і ступінь чистоти металу впливають суттєво на хід залежності , точніше на величину в формулі (6.2).