- •Частина 1. Електрика.
- •Частина 2. Магнетизм.
- •Випадкові та систематичні похибки
- •Систематичні похибки.
- •Обробка результатів при непрямих вимірюваннях.
- •Лабораторна робота № 1 визначення невідомої величини опору за допомогою електровимірювальних приладів та містка уітстона
- •Вимірювання опору за допомогою амперметра та вольтметра.
- •Характеристики електровимірювальних приладів.
- •Метод Уітстона.
- •Порядок виконання роботи.
- •Контрольні запитання
- •Література
- •Лабораторна робота № 3 виміРювання питомого заряду електрону по вольт-амперній характеристиці ненасиченого вакуумного діода
- •Экспериментальна установка
- •Контрольні запитання
- •Література
- •Лабораторна робота № 4 вивчення температурної залежности опору металів та напівпровідників та визначення енергії активації
- •Експериментальна установка
- •Завдання.
- •Лабораторна робота № 5 визначення питомої електропровідності електролітів та її залежності від концентрації та температури
- •Е кспериментальна установка.
- •Завдання
- •Контрольні питання
- •Література
- •Лабораторна робота № 6 вивчення затухаючих коливань у коливальному контурі.
- •Експериментальна установка.
- •Завдання.
- •Контрольні питання
- •Література
- •Лабораторна робота № 7 вимушені коливання у коливальному контурі
- •Експериментальна установка.
- •Завдання
- •Контрольні питання
- •Література
- •Лабораторна робота № 8. Вивчення напівпровідникового діода
- •Експериментальна установка
- •Завдання
- •Контрольні питання
- •Література
- •Частина 2. Магнетизм. Лабораторна робота № 9 визначення питомого заряду електрона методом магнетрона
- •Експериментальна установка
- •Завдання
- •Контрольні питання.
- •Література.
- •Лабораторна робота № 10 визначення горизонтальної складової магнітного поля землі.
- •Завдання
- •Контрольні питання.
- •Література.
- •Лабораторна робота №11. Ефект холла у напівпровідниках.
- •1. Енергетичні зони.
- •2. Електронна та діркова провідність.
- •3. Власна та домішкова провідність.
- •4. Визначення концентрації носіїв заряду п та їх рухомості b.
- •5.Ефект Холла.
- •Експериментальна установка.
- •Завдання.
- •Дані для розрахунку.
- •Контрольні запитання.
- •Література.
- •Лабораторна робота № 12 дослідження намагнічування феромагнетиків за допомогою осцилографа
- •Експериментальна установка
- •Завдання
- •Контрольні запитання
- •Література
- •Лабораторна робота № 13 експерементальна перевірка закона кюрі - вейса
- •Експериментальна установка
- •Завдання
- •Контрольні запитання
- •Література.
Лабораторна робота № 4 вивчення температурної залежности опору металів та напівпровідників та визначення енергії активації
ПРИЛАДИ: дротовий опір; термостат; нагрівач; термостат; цифровий вольтметр ВК7-10А.
Реальні речовини характеризуються різною величиною питомої електричної провідності σ. Речовини з питомою провідністю σ (107 106) Смм-1 (одиницею вимірювання у системі СІ є Сименс (См) 1 См = 1 Ом-1) прийнято називати провідниками або металами. До ізоляторів, або діелектриків, відносяться речовини з провідністю
(10-8 10-16) Смм-1.
Речовини, які мають проміжну між металами та діелектриками провідність, називаються напівпровідниками. Напівпровідники - це речовини, питома електрична провідність яких знаходиться між 10-8 та 106 См . м-1, тобто може приймати значення, яке відрізняється на 14 порядків. Але це визначення цілковито не визначає специфічних особливостей їх провідності. Дійсно, розглянемо, наприклад, температурну залежність провідності металів та напівпровідникових речовин. Для металів із ростом температури опір збільшується згідно формули:
R (T) = R0 (1 + T),
R(T-T0) = R(T0)(1+α(T-T0)), (4.1)
де R0 - опір при 0С;
R(T) - опір при температурі Т;
- температурний коефіцієнт опору, рівний для металів приблизно 1/273 К-1.
Для металів
.
Для напівпровідників опір із ростом температури швидко зменшується. Емпірична формула, яка дає зв‘язок між опором та абсолютною температурою Т, справедлива для будь-якого інтервалу температур, має вигляд:
R (T) = R0 eB/T , (4.2)
де R0, В - деякі сталі для будь-якого інтервалу температур величини, характерні для кожної напівпровідникової речовини.
Для питомої провідності цю формулу можна переписати у вигляді:
(4.3)
Якщо помножити чисельник та знаменник показника експоненти на сталу Больцмана k та позначити kВ = Еа, то
(4.4)
Характерна для цього напівпровідника величина Еа носить назву енергії активації. За своїм фізичним змістом вона різна для різних інтервалів температур. На рис. 4.1 приведені графіки залежності опору метала від температури Т, а на рис. 4.2 - приведені графіки залежності ln(σ) від зворотної температури.
Наявність енергії активації Еа означає, що для збільшення провідності до напівпровідникової речовини необхідно підвести енергію. Дослід показує, що провідність напівпровідників збільшується не тільки при нагріванні (тобто при підведенні до напівпровідника теплової енергії), але й при освітленні, при
Рис. 4.1. Залежність опору металів та Рис.4.2. Залежність ln σ від
напівпровідників від температури. зворотної температури для
металів та напівпровідників.
опромінюванні ядерними частками. Вона змінюється при накладенні електричних та магнітних полів, при змінюванні зовнішнього тиску, тощо. Це означає, що напівпровідники - це речовини, провідність яких значно залежить від зовнішніх умов: температури, тиску, зовнішніх полів, освітлення, опромінювання ядерними частками.
Так, при Т→0 та при відсутності підводу енергії ззовні, провідність (не вироджених) напівпровідників наближається до нуля, тобто можна стверджувати, що напівпровідники - речовини, які володіють провідністю тільки у збудженому стані.
Вплив умов на провідність напівпровідників виявляється по різному в залежності від структури та властивостей речовини. При незмінних зовнішніх умовах провідність тієї ж самої речовини у вигляді чистого та досконалого монокристалу, монокристалу з дефектами і домішками та полікристалу різна.
Зважаючи на все сказане, можна визначити напівпровідники наступним чином: напівпровідники - це речовини, які мають при кімнатній температурі питому електричну провідність в інтервалі від 10 -8 до 10 6 См.м -1, яка значно залежить від виду та кількості домішок, структури речовини та від зовнішніх умов: температури, освітлення, електричних та магнітних полів і тощо.
Лабораторна робота складається з двох частин. У першій знаходиться температурна залежність опору металу та визначається температурний коефіцієнт опору металу . У другій залежність опору напівпровідника від температури та визначається енергія активації.