Методика эксперимента и обработка результатов измерения

Сопротивление R идеально чистых полупроводников, определяемое при тепловой генерации, уменьшается с ростом температуры по закону:

, (22)

где А-величина, слабо зависящая от температуры ( данной зависимостью в дальнейшем пренебрегаем), k=1.38· Дж/ К - постоянная Больцмана, -ширина запрещенной зоны. Проводя операцию логарифмирования, получаем:

. (23)

График зависимости lnR от 1/T представляет прямую линию с отрицательным угловым коэффициентом - . Из данной зависимости следует, что ширина запрещенной зоны может быть определена графически по угловому коэффициенту наклона прямой:

. (24)

В отличие от полупроводников, зависимость сопротивления металлов от температуры определяется рассеиванием электронов на колебаниях кристаллической решетки и подчиняется закону:

, (25)

где - сопротивление проводника при - температурный коэффициент сопротивления (ТКС), t – температура (в градусах по шкале Цельсия). Графическая зависимость сопротивления от температуры есть прямая линия с положительным угловым коэффициентом:

. (26)

Порядок выполнения работы

1. Соединить проводниками клеммы реохордного моста с клеммами на панели лабораторного стенда, который содержит исследуемые образцы металла и полупроводника.

2. Заготовить таблицу для записи будущих результатов измерений:

3. На стенде:

а) включить питание переменным током;

б) переключатель диапазонов поставить в положение «уст. нуля»;

в) гальванометр - в положение «уст. нуля» и проверить положение стрелки на нуле (в центре шкалы).

4. Переключатель диапазонов установить в положение для металлов или в положение - для полупроводников. Переключатель на гальванометре установить в положение «ГРУБО»

5. Тумблером «МЕТАЛЛ – ПОЛУПРОВОДНИК», расположенном на стенде, выбрать одно из двух положений, а другим тумблером «СЕТЬ» включить нагреватель образца. Эксперимент начался.

6. Для измерения сопротивления образца следует вращать ручку изменения сопротивлений плеч реохорда (большая шкала) и добиться установки стрелки гальванометра на ноль. В этом положении необходимо записать показания шкалы, т.е. величину сопротивления (не забудьте о значениях множителей переключателя диапазонов!) и, одновременно, показания милливольтметра на стенде и далее перевести их в температуру (по графику). По мере нагревания образца такие измерения проводятся несколько раз.

7. С целью экономии времени эксперимента удобно при измерении электрического сопротивления металла использовать режим нагревания (увеличение температуры образца от времени), а при выключении тумблера «СЕТЬ» и переключения тумблера «МЕТАЛЛ – ПОЛУПРОВОДНИК» – в режиме остывания образца – проводить измерения для полупроводника (можно и наоборот).

8. По результатам измерений следует построить график зависимости сопротивления образцов от температуры.

9. Используя данные эксперимента для полупроводника, построить кривые зависимости от 1/T и вычислить - ширину запрещенной зоны по формуле (24).

10. Используя данные эксперимента для металла, построить зависимость Rот Tи определитькоэффициент .

Вопросы для самопроверки

1.Какая величина называется удельной электропроводностью вещества и в каких интервалах изменяется удельная электропроводность металлов, диэлектриков полупроводников?

2.Сформулируйте закон Ома в дифференциальной форме для металлов и полупроводников.

3. Какие частицы переносят заряд в металлах и полупроводниках?

4. Дайте определение подвижности носителей заряда.

5. От каких величин зависит удельная электропроводность металлов и полупроводников?

6. Объясните механизм собственной и примесной проводимостей полупроводников с точки зрения зонной теории.

7. Как влияет изменение температуры на концентрацию электронов в зоне проводимости металла?

8. Как влияет повышение температуры на концентрацию носителей заряда в полупроводниках?

Литература

1.Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т.М.: Наука, 1989. т.2,3.

2. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1966.

3. Козлов В.И. Общий физический практикум. Электричество и

магнетизм. Издательство МГУ. М.,1987.

4. Калашников Г.И. Электричество. М.: Наука,1989.

5. Лабораторный практикум по физике / Под ред. К.А. Барсукова и Ю.И. Уханова/. М.: Высшая школа, 1988.

6. Трофимова Т.И. Краткий курс физики. М.: Высшая школа, 2002.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: