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

37145. Радикальное направление освободительной борьбы. Революционные демократы и революционные народники 41.5 KB
  Они резко выступали против теории официальной народности против взглядов славянофилов доказывали общность исторического развития Западной Европы и России высказывались за развитие экономических и культурных связей с Западом призывали использовать в России новейшие достижения науки техники культуры. В это время он пришел к мысли что русская деревенская община и артель содержат зачатки социализма который найдет свое осуществление в России скорее чем в какойлибо другой стране. Герцен был первым кто в общественном движении России...
37146. Развитие экономики и культуры России во второй половине XIX века 50.5 KB
  Огромные выкупные платежи тяжким бременем лежали на миллионах крестьян. К тому же взамен помещичьей власти в деревне укреплялся гнет общины которая могла наложить штраф на трудолюбивых крестьян за работу а в праздничные дни приговорить крестьян к ссылке в Сибирь за колдовство и т. Многие крестьяне испытывали большие тяготы изза того что не могли свободно распоряжаться своим наделом а также вести свое хозяйство так как считали нужным. Во многих общинах проводились переделы земли что исключало заинтересованность крестьян в повышении...
37147. Социал-демократия: большевизм и меньшевизм в революционном движении России 39.5 KB
  Идейное размежевание с меньшевиками сопровождалось не прекращавшимися попытками восстановить единство РСДРП но предложение Ленина разрешить партийный кризис созывом съезда не нашло поддержки у меньшевиков а также у большевиков членов ЦК партии считавших что съезд лишь закрепит раскол. Отказавшись от предложенного Лениным переименования партии в коммунистическую делегаты конференции решили добавить к традиционному ее названию Российская социалдемократическая рабочая партия слово большевиков и поручили ЦК партии подготовить проект...
37148. Причины, характер, особенности, этапы и итоги революции 1905-1907 гг 40 KB
  Оно стало началом революции 1905 1907 гг. Причины революции многообразны но все они так или иначе связаны с процессами модернизации политической экономической социальной областей жизни страны. Либералы к началу революции создать политические партии не смогли.
37149. Государственная Дума – первый опыт парламентаризма 34.5 KB
  Вследствие неодновременности выборов работа Государственной думы проходила при неполном составе её пополнение шло в ходе работы. Комиссии Государственной думы работали над законопроектами о неприкосновенности личности свободе совести собраний об отмене смертной казни. В центре внимания II Думы как и ее предшественницы находился аграрный вопрос. Третьеиюньский государственный переворот новое Положение о выборах в Думу в нарушение Основных законов было утверждено царем без санкции Думы и Государственного совета означал поражение...
37151. Столыпинская политика модернизации России. Отношение к ней российского общества. Судьба столыпинских реформ 32 KB
  разрешил выдачу ссуды под залог любой приобретаемой крестьянами надельной земли. По желанию крестьянина выделавшегося из общины отдельные полосы его земли могли быть сведены в один участков отруб. Продажа земли через него также помогала крестьянам увеличить своё землевладение. Третьим важным пунктом реформы было переселение крестьян на свободные земли в Сибирь Среднюю Азию и Казахстан.