МУ-Ф-5А (1003895), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В зависимости от напряжения654321Рис. 9устанавливается различная температура внутри спирали. Во избежание ожогов нагревательзакрыт колпаком с прорезями для вентиляции.Термопара состоит из двух различных проводников, сваренных между собой. Для изготовления термопары используют специальные сплавы, в данной установке - хромель и копель.
Сваренные концы находятся внутри нагревательной спирали и имеют измеряемуютемпературу T, а свободные концы присоединены к вольтметру и находятся при комнатнойтемпературе T0.Принцип действия термопары основан на явлении Зеебека: в цепи, состоящей из разнородных проводников, соединенных последовательно и имеющих различные температурыспаев, возникает небольшая термоЭДС U, зависящая от разности температур спаев T - T0 иматериалов проводников.
Измерив напряжение термопары, вычисляют температуру нагретых образцов по формулам (см. таблицу 1).Таблица 1Температура образцов T в кельвинах, напряжение термопары U в вольтахT = 295 + 14285 UU ≤ 0,007T = 395 + 13125 UU = 0,007 – 0,015T = 500 + 11706 UU ≥ 0,015Сопротивление измеряют универсальным электронным прибором (тестером) с цифровойиндикацией. Прибор имеет поворотный переключатель, с помощью которого прибор устанавливают в режим измерения одной из следующих величин: напряжения (на переключателесектор «V»), силы тока (сектор «A»), емкости (сектор «Cx» ), сопротивления (сектор « Ω »,этой буквой обозначают Ом).Для измерения сопротивления переключатель должен находиться в секторе « Ω ». Прибором можно измерять как малые, так и очень большие сопротивления.
Поэтому сектор « Ω »разделен на несколько пределов измеряемой величины (см. табл. 2).Таблица 2Пределы измерения омметраПоложениеПределРезультат измерения на индикаторепереключателяизмеренияв единицах200200 ОмОм2к2 кОмКилоом, 1 кОм = 103 Ом20к20 кОм-------“-----200к200 кОм-------“-----2М2 МОмМегаом, 1 МОм = 106 Ом20М20 МОм-------“------9Сопротивление вольфрама, составляющее десятки Ом, следует измерять на пределе«200».Сопротивление полупроводника при нагревании будет уменьшаться примерно от 1,5МОм при комнатной температуре до сотен Ом – при высокой температуре.
Поэтому начинать измерения необходимо на пределе «2 М» и, по мере уменьшения сопротивления, переходить на более низкие пределы, чтобы сохранить точность измерений.Общее правило при работе с цифровым прибором: предел измерения должен быть таким,чтобы на индикаторе было максимальное количество значащих цифр.При измерении сопротивления через образец проходит небольшой ток, который нагревает образец. Поэтому его температура выше температуры внутри нагревателя, измеряемойтермометром.
Однако в условиях данной работы этот эффект незначительный.3. Выполнение работыВнимание! Не включать нагреватель, т.к. сначала необходимо выполнить измерения при комнатной температуре.1. Ознакомиться с рабочими образцами терморезистора и вольфрамовой лампочки,имеющимися на установке.2. Проверить правильность подключения термопары к вольтметру РВ7–22А (к гнездам«*» и «0-2 V»).3. Установить режим работы вольтметра: должны быть нажаты кнопки « 0,2 » и “ - ”.4.
Включить «СЕТЬ» вольтметра.5. Сопротивление измеряют, повышая температуру. Начальная температура должна бытькомнатной (примерно T0 = 295 К). При этом напряжение термопары не должно превышатьнескольких единиц младшего разряда вольтметра.6. Подготовить табл. 3.Таблица 3Результаты измерения температуры и сопротивленияСопротивление RT, К1/T, К-1ln (R/R0)U,для полупроводнивольты вольфрама полупроводникака-3~0R = R0 = …295 3,39 10ln 1 = 0Примечания:1) в табл. 6 строк для записи результатов; 2) U – напряжение термопары,измеренное прибором 6 (не путать с напряжением источника питания).7. Измерить сопротивление вольфрама при комнатной температуре.
Для этого переключатель «ВОЛЬФРАМ/ПОЛУПРОВОДНИК» установить в положение «ВОЛЬФРАМ». Переключатель омметра установить на предел «200» в секторе « Ω ». Измерить сопротивлениевольфрама, результат измерения записать в первую строку таблицы 3.Для включения питания омметра нажать и удерживать кнопку, расположенную рядом сомметром.Примечание: сопротивление вольфрама измерять на пределе «200» и при нагревании.8. Измерить сопротивление полупроводника при комнатной температуре. Переключатель«ВОЛЬФРАМ/ПОЛУПРОВОДНИК» установить в положение «ПОЛУПРОВОДНИК».
Переключатель омметра установить на предел «2М». Нажать кнопку питания омметра и измеритьсопротивление полупроводника в мегаомах (МОм). Результат измерения R0 записать в первую строку таблицы 3.ВНИМАНИЕ! В ходе выполнения опыта сопротивление полупроводника уменьшится в тысячи раз, поэтому для сохранения точности измерений переключайте омметрна более низкие пределы.10Если на индикаторе омметра появляется знак « 1 . », то измеряемая величина превышаетданный предел измерения; в этом случае необходимо перейти на более высокий предел.9. Включить нагреватель. Для этого нажать кнопку «СЕТЬ» на источнике питания.
Напряжение источника регулируют ручками «ГРУБО» и «ТОЧНО» и измеряют встроеннымвольтметром.10. Установить напряжение 3 В. Подождать примерно 5 мин, чтобы тепловой режим сталблизким к стационарному, после чего измерить напряжение термопары и сопротивления образцов. Результаты записать в табл. 3.11. Повторить измерения п. 10, увеличивая напряжение с шагом 3 В до максимального 15В, которому соответствует максимальная температура.12. ВНИМАНИЕ! По окончании измерений выключить «СЕТЬ» источника питания нагревателя для полного охлаждения установки .4.
Обработка и анализ результатов измерений1. По результатам измерения напряжения термопары вычислить по табл. 1 температуру T,К и обратную температуру 1/T , К-1. Результаты записать в табл. 3.2. Для полупроводника вычислить ln (R/R0), где R и R0 – сопротивления при температуреT и при комнатной температуре T0, соответственно (T0 = 295 К). Результаты записать в табл.3.3. По результатам измерений для вольфрама построить на миллиметровой бумаге графическую зависимость R от Т (см. рис. 7).4.
Используя построенный график, определить для вольфрама температурный коэффициент сопротивления α (см. (9)) при T = 300 К и T = 600 К. При расчете рекомендуем взять ∆T =50...100 К. Результаты записать в табл. 4.Таблица 4ТКС и энергия активации проводимостиМатериалТКС α , К-1Энергия активации ε АДжэВпри 300 Кпри 600 КПолупроводникВольфрам___________5. Для полупроводника по результатам измерений построить графическую зависимостьln (R/R0) от 1/T (см. рис. 8). Нанести на график экспериментальные точки и провести черезних наилучшую на глаз прямую.
Продолжить прямую до пересечения с осью ординат.6. Сделать вывод, согласуется ли полученная в опыте зависимость R от Т для полупроводника с теоретической формулой (11) ?7. Определить энергию активации проводимости εА.Прямая на полученном графике (см. пояснение на рис. 8) пересекает ось ординат в точке,для которой (см.(12)) модуль логарифма равенln(R / R0) = εА / (k T0),где k постоянная Больцмана (k=1.38⋅10-23 Дж/К)Вычислить εА по формуле (12).
Результат вычисления εА , в Дж и в эВ, представить втабл. 4. (Примечание: 1 эВ = 1,6.10-19 Дж).8. Для полупроводника температурный коэффициент сопротивления (ТКС) α вычислитьпо формуле (13), используя полученное значение εА , Дж. Результаты расчета для температур 300 К и 600 К представить в табл. 4.111.2.3.4.5.6.Контрольные вопросыНазовите основные электрические свойства полупроводников и металлов.Что такое удельная электропроводность и от чего она зависит для металлов и полупроводников?В чем состоит физический смысл подвижности носителей заряда? Что и как на неевлияет?Как объяснить с помощью зонных диаграмм проводимость различных классов твердых тел?В чем особенности зонных диаграмм примесных полупроводников? Как объяснитьвлияние примеси на проводимость?Почему при нагревании сопротивление металлов растет, а полупроводников - уменьшается?РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА1.2.3.4.Винтайкин Б.Е.
Физика твердого тела. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. –360 с.Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х т. М.: Наука, 1987. Т.3. 320 с.Иродов И.Е. Физика макросистем. – М.: БИНОМ. 2004 – 207 с.Левинштейн. М. Е, Симин Г. С. Знакомство с полупроводниками. М.: Наука, 1984.240 с..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
