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

9713. Критерии оценки хозяйственных рисков 31.5 KB
  В риск-менеджменте определяют четкую зависимость между степенью хозяйственного риска и результатом: чем больше риск, тем потенциально выше выгода или ущерб. Схематически данную закономерность можно отразить путем выделения областей или зон риска. Пр...
9714. Математические методы определения вероятностей рисковых событий 43 KB
  Математические методы определения вероятностей рисковых событий: В практике анализа рисков всегда выгоднее прибегать к поэтапной процедуре оценки: сначала провести измерения в шкале номинаций, т.е. оценить вероятности рискованных исходов как событий...
9715. Методологические основы анализа хозяйственного риска 27 KB
  Параметры решаемой риск-проблемы должны определяться на основе конкретизации предмета, объекта и субъектов хозяйственного риска, форм проявления его характерных элементов и сущностных черт с выходом на целевой результат конкретного вида и подвида ри...
9716. Общая характеристика идентификации и анализа рисков 29 KB
  Содержание идентификации и анализа рисков: Основной целью идентификации и анализа рисков является формирование у лиц, принимающих решения, целостной картины рисков, угрожающих бизнесу фирмы, жизни и здоровью ее сотрудников, имущественным интересам в...
9717. Принципы информационного обеспечения системы управления риском 71 KB
  Принципы информационного обеспечения системы управления риском: Информация является ключевым аспектом при идентификации и анализе риска, так как ее наличие позволяет в дальнейшем принимать правильные решения в условиях риска и неопределенности...
9718. Основные принципы оценки риска 52.5 KB
  Концепция приемлемого риска: В большинстве ситуаций невозможно полностью избавиться от риска. Поэтому защита от него состоит не в том, чтобы сделать бизнес абсолютно безопасным, а в том, чтобы снизить риск до уровня, когда он перестает быть угрожающ...
9719. Поведенческий риск 26.5 KB
  Причина поведенческого риска понятна каждому, кто живет среди людей: субъекты, вовлеченные в определенную совместную деятельность, не обязательно одинаково относятся к ее целям и результатам. Иногда это различие не носит принципиального характера и ...
9720. Показатели хозяйственного риска 29.5 KB
  В соответствии с общепринятой классификацией показатели хозяйственного риска можно разделить на три группы: единичные, комплексные и обобщающие (интегральные). Первые характеризуют возможные проявления отдельных элементов рискованных ситуаций в отн...
9721. Природные риски 26.5 KB
  Рассмотрим теперь способы измерения риска для ситуации не стохастической и не поведенческой неопределенности. Методов здесь несколько. Наиболее распространенный - это так называемый метод рандомизации. Суть его в искусственном привнесении случайност...