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

33993. Атеросклероз артерий 24 KB
  Физикальное обследование Ослабление пульса на периферических артериях побледнение при поднимании пораженной конечности. Анамнез: внезапная боль или чувство онемения в конечности при отсутствии хромоты в прошлом. Физикальное обследование: отсутствие пульса бледность и снижение температуры конечности дистальнее места окклюзии. Лечение: содержать конечности в тепле внутрь блокаторы кальциевых каналов нифедипин 1040 мг внутрь 34 раза в день.
33994. Лапароскопическая хирургия 24.5 KB
  Следуя интересам пациентов сведение до минимума травматичности операции и под давлением различных социальноэкономических факторов необходимость уменьшать длительность пребывания пациентов в стационаре и быстрее возвращать их к нормальной жизни и работе достижения в современной хирургии и современных технологиях дали рождение новой эре в хирургии эре малоинвазивной хирургии. Противопоказания: Критерии отбора пациентов для лапароскопических операций изменились за последние 56 лет. Основой для безопасного отбора пациентов является...
33995. АБСЦЕСС АППЕНДИКУЛЯРНЫЙ 25 KB
  Частота 1419 случаев аппендикулярного инфильтрата. Этиология и патогенез Исход аппендикулярного инфильтрата при неблагоприятном течении Аппендикулярный инфильтрат ограничивается большим сальником и прилегающими петлями кишечника При благоприятном течении аппендикулярный инфильтрат рассасывается в сроки от 2 до 4 нед При неблагоприятном стечении обстоятельств позднее поступление в стационар устойчивость микрофлоры к антибиотикам и т. происходит абсцедирование инфильтрата. При наличии признаков острого аппендицита в течение 23...
33996. Этапы становления и характерные черты русской философии 29 KB
  формировалась под влиянием общемировой фил. Однако специф Р фил во многом складывалась под влиянием социально культурных процессов происходивших на Руси. фил мысли.
33997. Философский смысл проблемы бытия. Виды бытия 28 KB
  Бытие филос. 1Бытие вещей и процессов. В свою очередь также может быть представлено в двух формах: абытие вещей и состояний природы кот. Бытие второй природы цивилизации.
33998. ИДЕАЛИЗМ 26.5 KB
  Марксизмленинизм все разновидности идеализма подразделяет на две группы: объективный идеализм принимающий за основу действительности личностный или безличный всеобщий дух некое сверхиндивидуальное сознание и субъективный идеализм сводящий знания о мире к содержанию индивидуального сознания. Однако различие между субъективным и объективным идеализмом не абсолютно Многие объективноидеалистические системы содержат элементы субъективного идеализма; с другой стороны субъективные идеалисты пытаясь уйти от солипсизма нередко переходят...
33999. Понятие движения. Свойства движения. Движение и развитие, их соотношение 23 KB
  Описание механизма саморазвития: качество количество скачок мера. Качество выражается в свойствах. Качество такие свойства предмета которые выражают его специфику и неповторимость в отличии от других предметов. Количество характеризует качество с точки зрения интенсивности выражается числом.
34000. Понятие знания. Знание и информация 25.5 KB
  Знание и информация. Однако далеко не всякое содержание опыта есть знание а только то которое можно передать посредством языка. Знание это положительная или отрицательная ценность. Не всякое знание есть благо и польза для человека и общества.
34001. Проблема познания в философии, Чувственное и рациональное познание 28 KB
  Для познания объектов необход функционирование органов чувств нервной системы мозга благодаря чему возникает ощущ восприятие мат объектов. Ощущения простейший и исходный элемент чувств познания. РАЦИОНАЛЬНАЯ ЛОГИЧЕСКАЯ СТУПЕНЬ ПОЗНАНИЯ.