3834

Исследование температурной зависимости электропроводности твердых тел

Лабораторная работа

Физика

Исследование температурной зависимости электропроводности твердых тел/ Цель работы: Установление опытным путем законов изменения электропроводности твердых тел при их нагревании и определение энергии активации полупроводника. Теоретические исслед...

Русский

2012-11-08

132 KB

11 чел.

Исследование температурной зависимости электропроводности твердых тел

1 Цель работы:

Установление опытным путем законов изменения электропроводности твердых тел при их нагревании и определение энергии активации полупроводника.

2 Теоретические исследования.

Работа сводится к измерению электропроводности образцов при разных температурах T и анализа полученных данных. Как известно, удельная электропроводность веществ определяется концентрацией носителей заряда n, их движимостью .

        ( 1)

Законы изменения  под действием нагревания, освещения, электрических и других полей зависят от их влияния на n и .

При возрастании температуры подвижность свободных носителей заряда уменьшается по степенному закону через рассеивание на тепловых колебаниях решетки. Концентрация свободных носителей не зависит от температуры в металлах и диэлектриках, а в полупроводниках изменяется по закону ,

где -концентрация, которая зависит от материала полупроводника;

 - энергия активации полупроводника;

-постоянная Больцмана;

-температура.

Для полупроводников с большой точностью

,где - удельная электропроводность полупроводника, когда .

Из формулы видно, что величина удельной электропроводности зависит от энергии активации полупроводника ,что разрешает определить эту важную величину по наклону прямой

на графике  от :

,          ( 2)

где  - отношение приращения функции к приращению аргумента.

3 Экспериментальные условия

Оборудование: Регулированный источник питания, вольтметр, амперметр, термостат с образцами, термометр.

Электропроводность образцов PK при их нагревании измеряется с помощью макета, схема которого приведена на рис. 1.

    PV           SA2

    V  

      ST   x  0 0 0   x2

        мA

      PVA

 RP

     VD      EK

Рис   1

Исследуемые образцы PK1, PK2, PK3 помещены к термостату с нагревательным элементом EK и термометром BK. Переключатель SA2 разрешает подключить их к измерительной схеме поочередно.

Изменение электропроводности образцов определяется побочным (косвенным) методом: путем измерения силы тока при постоянной величине напряжения на образце, или при изменении напряжения при постоянной величине тока.

Напряжение на образцах в первом случае (или сила тока в втором) поддерживается постоянным электронным стабилизатором ST.

Электронный стабилизатор и нагреватель EК включаются тумблером SA1, о чем сигнализирует светодиод VD. Измерительный прибор PVA подключается к схеме с помощью клемм X1 и X2.

При включенном нагревателе образцы подключаются к потенциометру RP, что разрешает измерять на них напряжение для получения вольтамперной характеристики.

 4 Порядок выполнения работы

 

1. Подключить к клеммам Х1 и Х2 амперметр (или вольтметр). Тумблер SA1 включить

2. Включить макет. Изменяя напряжение на образцах с помощью   потенциометра RP, и измеряя силу тока и напряжение снять вольтамперную характеристику образцов.

 3. На основе полученных характеристик построить графики I(U) и определить электропроводность образцов =I/U.

4. Тумблером SA1 включить нагреватель EK и электронный стабилизатор.

Снять зависимость электропроводности образцов от температуры. Изменение электропроводности образцов при их нагревании определить по показаниям прибора, подключенного к клеммам Х1 И Х2;

5. По полученным зависимостям построить графики  и с их помощью найти полупроводник.

6. Для полупроводника построить график зависимости ln(/K) от (1/Т). По графику определить приращение ln(/K) i (1/Т). Используя формулу  2 определить энергию активации полупроводника.

Вольтамперная характеристика первого образца в табличном и графическом виде отображена соответственно на графике (рис  2) и в таблице  1.

 

Таблица  1 – Вольтамперная характеристика первого образца

I, мА

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

U, В

0,09

0,2

0,31

0,42

0,53

Рисунок  2 – Вольтамперная характеристика первого образца

Отсюда

Вольтамперная характеристика второго образца в табличном и графическом виде отображена соответственно на графике (рис  3) и в таблице  1.

Таблица  2 – Вольтамперная характеристика второго образца

I, мА

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

U, В

0,07

0,16

0,25

0,33

0,42

Рисунок  3 – Вольтамперная характеристика второго образца

Таблица  3 – Вольтамперная характеристика третьего образца

I, мА

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

U, В

0,06

0,14

0,22

0,29

0,37

Рисунок  4 – Вольтамперная характеристика третьего образца

Таблица  4 – Зависимость напряжения от температуры при I=0.6 мA

t0

26

28

31

32

34

36

38

U1

0,56

0,54

0,5

0,47

0,44

0,43

0,43

1/

1,125

1,167

1,26

1,34

1,432

1,47

1,47

U2

0,45

0,43

0,4

0,38

0,37

0,37

0,37

2/

1,133

1,186

1,275

1,342

1,378

1,378

1,378

U3

0,46

0,46

0,47

0,475

0,475

0,475

0,48

3/

0,978

0,978

0,957

0,945

0,945

0,945

0,938

ln(3/)=0,0417; (1/T)=1.29

5 Вычисление погрешностей

ВЫВОД: проделав данную лабораторную работу, опытным путем были установлены законы изменения электропроводности твердых тел при их нагревании и определили энергию активации полупроводника. Построили графические изображения вольтамперных характеристик.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18633. Классификация моделей. Основные виды моделей 16.36 KB
  Классификация моделей. Основные виды моделей. Классификация моделей По целям исследований В зависимости от целей исследования выделяют следующие модели: функциональные. Предназначены для изучения особенностей работы функционирования системы её назначения в
18634. Определение корпоративной информационной системы. Основ¬ные принципы комплексной автоматизации предприятия 14.45 KB
  Определение корпоративной информационной системы. Основные принципы комплексной автоматизации предприятия. КИС комплекс программ или программная система обеспечивающая основные бизнеспроцессы в компании. Корпоративной информационной системой КИС мы будем...
18635. Интерфейс: ввода/вывода, справочный 17.96 KB
  Интерфейс: ввода/вывода справочный. Связь пользователя с программами пакета можно представить как обмен сообщениями: либо пользователь передает в пакет некоторый запрос и получает на него ответ либо запрос формируется в пакете а от пользователя ожидается ответ. Для в
18636. Функции менеджмента 16.09 KB
  Функции менеджмента. Функции менеджмента являются составными частями любого процесса управления вне зависимости от особенностей размера назначения формы собственности и т.д. той или иной организации. Процесс управления менеджмента имеет пять взаимосвязанных функ
18637. Нейронные сети. Распознавание образов 542 KB
  Основные задачи, которые ставятся перед нейронными сетями, относятся к задачам распознавания образов. Они заключаются в том, чтобы классифицировать входной образ, то есть отнести его к какому-либо известному сети классу. Изначально сети даются эталонные образы – такие образы...
18638. Структурные единицы ЭВМ – элементы, узлы, блоки, устройства. Приведите примеры 13.85 KB
  Структурные единицы ЭВМ – элементы узлы блоки устройства. Приведите примеры. Для составления полного представления о структуре ЭВМ необходимо рассмотреть ее элементную базу. Обычно при детализации структуры ЭВМ выделяют следующие структурные функциональные единицы...
18639. Анализ деловой активности предприятия 14.71 KB
  Анализ деловой активности предприятия Анализ деловой активности предприятия можно провести по следующим показателям: качественные показатели количественные показатели. 1.На качественном уровне предполагает анализ по так называемым неформализуемым критериям. Ре
18640. Организация связи предприятия с внешним миром 13.87 KB
  Организация связи предприятия с внешним миром. Виды связей организации с внешним окружением. Связи организации с внешней средой весьма трудно классифицировать вопервых ввиду их многофункциональности. Так властная регламентирующая связь может одновременно быть инф
18641. Технологии описания бизнес-процессов 15.63 KB
  Технологии описания бизнеспроцессов. Технология описания бизнеспроцессов была разработана на заре рождения процессноориентированного подхода к управлению первоначально она состояла всего лишь из двух стандартов описания бизнеспроцессов DFD и WFD IDEF3 которые испол...