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

38501. Бухгалтерский учет и аудит затрат на производство продукции (на примере ОАО «Альфа») 862.5 KB
  Для принятия верных решений, обеспечивающих максимальное повышение прибыли и устойчивости предприятия на рынке необходима полная и достоверная информация о затратах, отражаемая в бухгалтерском учете и отчетности. Поэтому, именно учет и аудит затрат на производство продукции является на предприятии одним из важнейших объектов процесса управления.
38502. Особенности художественно-мифологического пространства Дж.Р.Р. Толкина (Властелин колец) 425.5 KB
  В современной лингвистике разработан многосторонний и углублённый подход к анализу художественного текста в рамках которого немаловажную роль играют аспекты когнитивной лингвистики понятие концепта концептуальный анализ. Принципиальная переводимость текста свидетельство существенного сходства коцептосфер народов [Попова Стернин 1999: 26]. Здесь необходимо отметить что образные и концептуальные признаки выявленные в результате герменевтического анализа художественного текста являются уместными только в пределах данного...
38503. Озеленение отдельных контуров санатория-профилактория ФГУ ЦР ФСС «Вятские Увалы» 6.61 MB
  2 Подбор растений для каменистого сада и характеристика хвойных пород 105 4. Зеленые насаждения с использованием красивоцветущих декоративных растений выполняют эстетическую роль. высокая художественная выразительность зеленых посадок как в открытом так и закрытом грунте их положительное эмоциональное воздействие на человека находятся в прямой зависимости от умело подобранного и разнообразного ассортимента декоративных растений. Строгая геометричность планировки подчеркивается с помощью...
38505. Реконструкция системы электроснабжения центральной части с. Идринское Идринского района 2.03 MB
  Расчет ТП1 линии Л2. Расчет полной S мощности на участках линии определяется по формуле: 1.62кВт; Расчеты показаны только для линии Л1 на трансформаторной подстанции ТП1 а результаты расчетов для остальных линий будут снесены в таблицу 1. Определяем токи на участках линии по формуле 1.
38506. Обработка отверстий детали «переводник шлицевой» без применения технологической оснастки 1.59 MB
  В настоящее время для обработки отверстий применяют различного рода приспособления. При обработке отверстий без использования оснастки возникают такие условия что настройка на операцию обработки внутренних шпоночных пазов происходит с увеличением нормы времени штучное время. Это объясняется тем что количество установок детали ее переустановок время на настройку операции на различных приспособлениях будет различным в зависимости от быстродействия рассматриваемой технологической оснастки. Определение основного времени...
38507. АНАЛИЗ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КБ «ПРИВАТБАНК» В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ РАЗВИТИЯ КРЕДИТНОГО РЫНКА УКРАИНЫ 2.31 MB
  КРЕДИТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БАНКА. Совершенствование кредитной политики банка {Error clculting vlue: Bookmrk _Toc125347208 ws not found in this document. Все усилия банка относительно возвращения кредитов сводятся на нет через несовершенство нашего законодательства. Учитывая экономическую и политическую нестабильность в Украине наилучшей гарантией возвращения кредита является его обеспечение поскольку при возникновении отрицательных явлений единым источником возвращения кредита для банка реализация заставленного имущества.
38508. Проектирование жилого двухэтажного коттеджа с разработкой дизайна интерьера с добавлением элементов художественной ковки 6.56 MB
  Кованая мебель может быть выполнена в любом стиле: ампир и модерн артдеко барокко готика и неоготика кантри или хайтек. Кантри как основополагающий стиль. Для своего проекта интерьера коттеджа я предпочла применить стиль кантри с элементами художественной ковки. Слово кантри означает сельский деревенский а родиной этого стиля является Англия.
38509. Технология изготовления источника ионизирующего излучения 588.05 KB
  Сборочный чертеж источника ионизирующего излучения Р86 чертеж детали Корпус. Описание узла и назначение детали. Анализ чертежа детали. Анализ технологичности детали.