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

7075. Знакомство с методами проектирования программ на языках высокого уровня С++ 280 KB
  1. Цель работы Знакомство с методами проектирования программ на языках высокого уровня С++. 2. Задание на работу В программе калькулятор необходимо реализовать: пункт главного меню Справка, состоящий из двух подпунктов Информация об авторе...
7076. Методы проектирования программ на языках высокого уровня С++ 115.5 KB
  1. Цель работы Знакомство с методами проектирования программ на языках высокого уровня С++. 2. Задание на работу В программе необходимо реализовать: пункт главного меню Справка, состоящий из двух подпунктов Информация об авторе и Информация о п...
7077. Проектирование программ на языках высокого уровня С++ 172 KB
  Реализовать процедуру поиска страниц, свойство Caption или компонент типа TMemo которых содержит задаваемое слово.
7078. Изучение и компьютерное моделирование переходных процессов, возникающих при коммутациях в цепях первого порядка 121 KB
  Цель работы: Изучение и компьютерное моделирование переходных процессов, возникающих при коммутациях в цепях первого порядка, содержащих сопротивление и емкость либо сопротивление и индуктивность. В лабораторной работе необходимо исследовать зависим...
7079. Доходы от собственности 94.5 KB
  Доходы от собственности Одним из элементов доходов от собственности являются доходы по ценным бумагам. Ценная бумага - это форма существования капитала, отличная от его товарной, производительной и денежной форм, которая может передаваться вмес...
7080. Комплекс механизированных работ по лесовосстановлению площадей после ветровала 694.6 KB
  Комплекс механизированных работ по лесовосстановлению площадей после ветровала Введение В данной курсовой работе мною представлен комплекс механизированных работ по лесовосстановлению участка после ветровала. Ветровал - деревья поваленны...
7081. Нелинейные резистивные элементы 105 KB
  Нелинейные резистивные элементы Цель работы: Изучение степенной (полиномиальной) и кусочно-линейной аппроксимаций вольт-амперных характеристик (ВАХ) нелинейных резистивных элементов. Изучение спектрального состава тока, протекающего через нелинейный...
7082. Изучение фазовых и структурных превращений сиcтемы железо-углерод 288 KB
  Цель работы - изучение фазовых и структурных превращений сиcтемы железо-углерод, металлографическое исследование микроструктуры углеродистых сталей в равновесной состоянии во взаимосвязи с их механическими свойствами. Основные теоретические с...
7083. Выбор расходомера для измерения расхода сжиженной пропан-бутановой фракции 1021.5 KB
  Выбор расходомера для измерения расхода сжиженной пропан-бутановой фракции Содержание Общие сведения об измерении расхода и массы веществ. Основные виды расходомеров: Расходомеры переменного перепада давления Расходомеры обт...