Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Порядок виконання роботи. Тема: «Залежність електричного опору металів та напівпровідників

Читайте также:
  1. D6.3 Порядок заезда
  2. I. Мета роботи
  3. II. Порядок объявления фестиваля. Направления. Номинации.
  4. III . Порядок присвоения квалификационной категории
  5. III. Организация и порядок проведения конкурса
  6. III. Порядок выполнения работы
  7. III. Порядок выполнения работы

Тема: «Залежність електричного опору металів та напівпровідників

від температури»

Мета роботи: Дослідним шляхом запевнитись у фізично різній природі електропровідності металів та напівпровідників. Проаналізувати температурну залежність електричного опору металів та напівпровідників.

Прилади та устаткування: Спеціальні скляні контейнери із зразками металевих провідників та напівпровідників, містки постійного струму (містки Уітстона), спиртові термометри, посудина для гарячої води, електрокип’ятиль-ник.

 

Теоретичні відомості

 

Електричний струм у провідниках І роду (металах) зумовлений переміщен-ням під дією зовнішнього електричного поля так званих «вільних» електронів – електронів, слабо зв’язаних з іонами кристалічної решітки металу. Німецький фізик Г.Ом (1787 – 1854 ) експериментально встановив, що сила струму І, який тече по однорідному металевому провідникові (в якому не діють сторонні сили неелектричної природи), прямо пропорційний напрузі U і обернено пропорцій-ний електричному опору провідника R:

 

І = U/R .

 

Досліди показують, що при підвищенні температури опір металевих провід-ників зростає за лінійним законом:

 

Rt = R0 ( 1 + ά tº),

 

де Rt та R0 - відповідно опір провідника при tоC та 0ºC, ά – температурний коефіцієнт опору (для чистих металів він близький до 1/273 град-1).

Температурним коефіцієнтом опору металів (т.к.R) ά зветься відносна зміна опору провідника при його нагріванні на 1ºС:

ά = ( Rt - R0 ) / ( R0tº) .

Значення т.к.R деяких металів наведені в таблиці 1.

 

Таблиця 1

Метал ά, град-1
Сталь 0,0050
Алюміній 0,0042
Свинець 0,0041
Мідь 0,0040
Цинк 0,0039

 

Зростання електричного опору металів при підвищенні температури пояснюєть-ся втратами енергії поля на зіткнення електронів провідності з іонами криста-лічної решітки металу, коливальний рух яких при підвищенні температури стає більш інтенсивним, і вірогідність таких зіткнень зростає.

При температурах нижче 20 К (-253ºC) деякі метали ( алюміній, свинець, цинк та інші) проявляють так зване явище надпровідності – різке падіння до нуля електричного опору . Пояснюється це явище на основі постулатів кванто-вої механіки.

Напівпровідники – це клас матеріалів, який займає за своїм опором та електропровідністю проміжкове положення між провідниками та ізоляторами. До них відносяться елементи ІУ,У,УІ групи Таблиці Менделєєва - кремній (Si) германій (Ge), арсен (As), селен (Se) та деякі сполуки (PbS , CdS , PbSe тощо).

Електропровідність цих матеріалів зумовлена наявністю в них двох типів вільних носіїв заряду: електронів ( е ) та дірок ( р ) і пояснюється за допомогою так званої зонної моделі електропровідності. Сутність цієї моделі полягає в тому, що для вільних носіїв заряду кожного напівпровідникового матеріалу існує набір «дозволених» і «заборонених»енергетичних рівнів, які створюють «Валентну зону», «Зону провідності» та «Заборонену зону» (рис.1).



 

Рис.1 Рис.2

 

При абсолютному нулі температур ( 0К) напівпровідники характеризуються повністю зайнятою електронами валентною зоною, що відділена від зони провідності порівняно вузькою забороненою зоною з шириною ΔЕ приблизно 1еВ (метали не мають забороненої зони енергій для електронів). При незначно-му підвищенні температури електрони з верхніх рівнів валентної зони напівпровідника можуть бути перекинуті на нижні рівні зони провідності (рис.2). При накладанні на кристал електричного поля електрони в ньому переміщуються проти поля і створюють електричний струм. В результаті таких переходів електронів у зону провідності одночасно у валентній зоні виникають вакантні стани, що отримали назву «дірок». Дірки рухаються за напрямком електричного поля, їхня зона провідності – валентна зона.

Таким чином, провідність напівпровідників ( а отже і опір ) залежить від концентрації вільних носіїв заряду. При звичайних температурах концентрація вільних електронів і дірок незначна , внаслідок чого напівпровідник за своєю провідністю близький до діелектриків. При підвищенні температури енергія електронів різко зростає і відповідно помітно збільшується інтенсивність генерації пар «електрон-дірка», що спричинює інтенсивне (за експоненціаль-ним законом ) збільшення провідності напівпровідника :

Загрузка...

γ = γ0 ехр (-ΔЕ /2kТ),

де γ – електропровідність при температурі Т, γ0 – постійна , характерна для даного напівпровідника, ехр – основа натуральних логарифмів, k – постійна Больцмана. Електричний опір напівповідників зростає при нагріві і дуже чутливий до зміни температури, т.к.R деяких напівпровідників у сотні разів більший ніж у металів.

Порядок виконання роботи

 

На рис.3 зображена принципова схема дослідження температурної залежно-сті опору.

Рис.3

 


Дата добавления: 2015-10-30; просмотров: 151 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Обеспечение техники безопасности и охраны труда техника ПК | E) Diminishing marginal returns begin when the fourth worker is hired. | F) II, III and IV only | D. Total utility must be constant. | D) may increase or decrease. |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
D) Tax revenues are lower than the total loss of consumers and producers| Цели и задачи дисциплины

mybiblioteka.su - 2015-2020 год. (0.009 сек.)