- •Материалы электронной техники
- •Предисловие
- •Лабораторная работа № 1 исследование зависимости электропроводности полупроводника от напряженности внешнего электрического поля
- •Пояснения к работе
- •Задание
- •Указания по выполнению работы в лаборатории
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 исследование полупроводниковых терморезисторов
- •Пояснения к работе Общие сведения
- •Технология производства терморезисторов
- •Основные параметры и характеристики
- •Задание
- •Указания по выполнению работы в лаборатории
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 исследование диэлектрической проницаемости и электрических потерь диэлектрических материалов
- •Пояснения к работе Поляризация диэлектриков
- •Потери в диэлектриках
- •Температурная зависимость диэлектрической проницаемости и tgδ
- •Описание лабораторной установки
- •Задание
- •Порядок проведения лабораторной работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 исследование характеристик ферромагнитных материалов
- •Пояснения к работе
- •Описание лабораторной установки
- •Задание
- •Порядок проведения лабораторной работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 исследование магнитной проницаемости магнитомягких материалов
- •Пояснения к работе
- •Описание лабораторной установки
- •Задание
- •Порядок проведения лабораторной работы Измерение индуктивностей
- •Снятие температурных зависимостей
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 исследование термоэлектрического эффекта
- •Пояснения к работе Контактные явления
- •Термоэлектрический эффект
- •Материалы, применяемые для термопар
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок проведения лабораторной работы
- •Содержание отчета
- •Описание лабораторной установки
- •Задание
- •Порядок проведения лабораторной работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Исходные данные для индивидуальных заданий по вариантам
- •Библиографический список
- •Содержание
Порядок проведения лабораторной работы
Изучить исполнение установки и конструкции термопар.
К сети 220 В подключить блок усилителя и тумблером SA3 СЕТЬ подать на него питание. О включении питания свидетельствует сигнальная лампа на лицевой панели блока. Спустя 2–3 мин после включения усилителя ручкой «установка 0» при необходимости подстроить ноль милливольтметра. К сети 220 В подключить шнур печи и включить кнопочный выключатель SA1 подачи питания на нагревательные элементы печи.
Внимание! Для увеличения точности измерений рекомендуется отключать нагревательные элементы за 5 °С до установки требуемой температуры в печи.
Произвести снятие зависимостей ε = f(Т) в диапазоне температур от комнатной до 150 °С с шагом 5–10 °С. При этом подключение исследуемой термопары к усилителю произвести переключателем SA2, расположенным на лицевой панели блока усилителя. Тип подключенной термопары соответствует условному обозначению, определяемому положением ручки переключателя.
Содержание отчета
Титульный лист.
Цель работы и краткая теория (1–2 с.).
Исходные данные и данные эксперимента.
Графики ε = f(T) для исследуемых термопар.
* Жирным шрифтом выделены задания, которые необходимо выполнить непосредственно на лабораторной установке.
Расчет значений αT (αT = (U2 – U1)/(T2 – T1)) для трех интервалов температур, заданных преподавателем.
Выводы.
Контрольные вопросы
Дать определение эффекта Зеебека.
Дать определение эффекта Пельтье.
Сущность эффекта Томсона.
Теоретическое обоснование эффекта Зеебека.
Теоретическое обоснование эффекта Пельтье.
Какие металлы и сплавы применяются для термопар?
Область применения термоэлектрического эффекта.
Какие термопары обладают наибольшей термоЭДС, а какие – наибольшей термостабильностью? Почему?
Как осуществляется термокомпенсация температуры холодных концов термопары?
Лабораторная работа № 7
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы:
Изучение основных электрических характеристик проводниковых материалов.
Экспериментальное исследование температурных зависимостей электрических сопротивлений металлов и сплавов.
Пояснения к работе
Одним из основных параметров, характеризующих свойства проводниковых материалов, является удельное сопротивление ρ:
ρ = 1 Омм или Оммм2/м.
Тогда сопротивление R любого проводникового образца длиной l и площадью поперечного сечения S может быть вычислено по известной формуле
. (7.1)
Величина, обратная ρ, называется удельной электрической проводимостью γ. Этот параметр учитывает вклад обеих характеристик носителей заряда в проводнике – концентрации n и подвижности μ, что подтверждается для плотности тока I в образце
, (7.2)
где V – скорость электрона в электрическом поле; е – заряд электрона.
Тогда, с учетом того, что ,
(7.3)
где U – напряжение, приложенное к образцу (Е = U/l), создающее электрическое поле. Сравнение выражений (7.3) и (7.1) показывает, что
(7.4)
Выражение (7.4) указывает на двойственную природу удельной электропроводности – зависимость от концентрации носителей и их подвижности.
Зависимость удельной электропроводности от температуры, исходя из выражения (7.4), можно объяснить только зависимостью от температуры подвижности, которая из электронной теории может быть представлена как
(7.5)
где λСР – средняя длина свободного пробега электрона; m – масса электрона.
Из выражений (7.4) и (7.5) следует, что удельная электропроводность может определяться только температурными зависимостями скорости движения электрона V и длиной его свободного пробега. Что касается скорости V, то она практически не зависит от температуры, так как изменение скорости привело бы к переходу электронов на более высокие энергетические уровни, а в электронном газе зоны проводимости эти уровни заняты. Таким образом, зависимость электропроводности проводника от температуры может определяться только длиной свободного пробега электрона в решетке. Из физики твердого тела известно, что λСР уменьшается при повышении температуры. Следовательно, и удельная электропроводность будет уменьшаться при увеличении температуры. Последнее хорошо подтверждается экспериментальными исследованиями в данной работе.
На основании выражений (7.4), (7.5) величину удельного сопротивления можно определить как
(7.6)
При кусочно-линейной аппроксимации этой зависимости величина удельного сопротивления p2 в конце диапазона (при температуре Т2) может быть определена как
(7.7)
где p1 – удельное сопротивление в начале диапазона; величина αρ – характеризует средний температурный коэффициент удельного сопротивления на данном диапазоне температуры и может быть рассчитана как
(7.8)
или в дифференциальной форме:
(7.9)
На практике αρ с учетом выражения (7.1) вычисляется методом графического дифференцирования зависимости R = f(T):
(7.10)
Сопротивление образца, используемое для дальнейших расчетов, определяется в результате обработки экспериментальных данных по следующей формуле:
(7.11)
где i = 1, 2, 4, 5; Ricp – среднее арифметическое значение сопротивления i-го образца при нагреве Riн и охлаждении Riо для одной температуры; R3 – сопротивление соединительных проводов.