Описание установки

В нутри трубчатой печи 1 (рис. 5), нагреваемой электрическим током от автотрансформатора 2, находится образец полупроводника в форме узкого параллелепипеда с закрепленными на концах металлическими контактами. При этом один из концов образца выходит за пределы печи (зоны нагрева) и для отвода тепла прикреплен к металлическому радиатору.

Образец полупроводника - кремние­вого "чипа" является невырожденным полупроводником с примесной проводимостью, резко изменяющейся с температурой. При нагреве печи один из концов полупроводника нагревается больше, чем другой, поэтому между ними возникает термо-э.д.с. Кроме того, в термо-э.д.с. вносят вклад и контактные разности потенциалов, однако из-за их относительной малости по сравнению с термо-э.д.с. внутри полупроводника в первом приближении ими можно пренебречь.

К концам пластины полупроводника подключена хромель-алюмелевая термо­пара 4. Разность температур между горячим и холодным концами полупроводника определяется по формуле

= k·V_т-э, (11)

где V_т-э термо-э.д.с. на хромель-алюмелевой термопаре, k = 25·10³ K/B.

Термо-э.д.с. на концах полупроводника измеряется с помощью мультиметра 5 типа CI-I07. Этот же мультиметр используется и для измерения термо-э.д.с. хромель-алюмелевой термопары после изменения положения пе­реключателя 6.

Задание

1. Включить автотрансформатор и выставить в его выходной цепи напряжение 220 В. Измерить термо-э.д.с. полупроводника и термопары в различные моменты времени в течение трех минут (В этот период времени внутренняя часть пластины полупроводника нагревается быстрее, чем наружная и градиент температуры между ее горячим и холодным концами увеличивается). После этого выключить питание автотрансформатора и произвести измерения термо-э.д.с. на обратном ходе, когда пластина полупроводника остывает и градиент температуры уменьшается. Для каждого полученного значения э.д.с. термопары V_т-э по формуле (11) найти разность температур между горячим и холодным концами исследуемой пластины полупроводника. Построить график зависимости термо-э.д.с. полупроводника от разности температур для прямого и обратного хода в отдельности.

2. По тангенсу угла наклона полученных зависимостей определить дифференциальную термо-э.д.с. полупроводника для прямого и обратного хода. Найти среднее значение величины .

3. По знаку термо-э.д.с. на горячем конце полупроводника определить тип примесной проводимости полупроводника.

4. Для среднего значения дифференциальной термо-э.д.с. по формуле (2) или (3) (в зависимости от полученного типа проводимости)) определить разность (или ) при температуре , положив .

Контрольные вопросы

1. Каковы причины возникновения термо-э.д.с.?

2. Как рассчитывается термо-э.д.с. в проводниках и полупро­водниках без наличия контактов с другими материалами?

3. Как вычисляется внутренняя контактная разность потенциалов?

4. Как вычисляется внешняя контактная разность потенциалов?

5. Изобразите распределение потенциала в цепи, составленной из двух проводников при одинаковой температуре спаев.

6. Изобразите распределение потенциала в цепи, составленной из двух проводников при различных температурах спаев.

7. Как вычисляется термо-э.д.с. цепи, составленной из двух проводников?

8. Почему в металлах термо-э.д.с. имеет гораздо меньшие значения, чем в полупроводниках?