fizick_praktika_II

нение позволяет определить неизвестное сопротивление R3 (RХ). Таким образом, рабочая формула имеет вид:

где RЭ = 990 Ом – (эталонное) сопротивление.

К

Рис. 5.11. Вид установки для измерения сопротивления с помощью мостика Уитстона

Вариант 1

5.ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ

СПОМОЩЬЮ МОСТИКА УИТСТОНА

5.1. Описание установки

Установка для выполнения задания представляет собой собранную в соответствии со схемой, изображенной на рис. 5.12, электрическую цепь.

В нее входят блок питания, неизвестное сопротивление, известное (эталонное) сопротивление, амперметр и рео-

хорд (рис. 5.12).

81

ампеАмперметрметр

Рис. 5Рис.12.. 5Вид.12.установкиВидустановкдля измерениядляизмерениясопротивлениясопротивленияпомощьюс мощьюстика мостикаУитстонаУитстона

5.2.Ход работы

1.Проверьте и ознакомьтесь с электрической цепью, собранной, как указано на рис. 5.11.

2.Включите источник питания (БП) и, передвигая движок D по струне реохорда, найдите такое его положение, при котором ток через мультиамперметр не проходит, то есть мультиамперметр показывает нулевое значение.

3.Снимите показания l1. Для точности результата измерения проведите 3 раза. l2 находим, зная, что общая длина (l1+ l2) равна 100 см.

4.В качестве неизвестного сопротивления включите первое неизвестное сопротивление RХ1.

5.По формуле (5.13) рассчитайте первое сопротивление.

6.Данные пп. 3, 4, 5 занесите в табл. 5.1.

7.Отключите первое сопротивление и вместо него вклю-

чите второе неизвестное сопротивление RХ2. Измерьте RХ2, как указано выше. Данные также занесите в табл. 5.1.

8.Соедините последовательно два сопротивления. Из-

мерьте их общее сопротивление Rx посл. Результаты измерений занесите в табл. 5.1.

82

Вариант 2

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

6.1. Описание установки

Установка для выполнения задания представляет собой собранную, в соответствии со схемой, изображенной на рис. 5.11, электрическую цепь. В нее входят: блок питания, неизвестное сопротивление, известное (эталонное) сопротивление, амперметр, реохорд и печь (рис. 5.13).

Амперметр

Рис. 5.13. Вид установки для измерения температурной зависимости Рис. 5.13. Вид установки для измерения температурной зависимости сопротивленияпомощью мостика Уитстона

с помощью мостика Уитстона

6.2. Ход работы

1. Проверьте электрическую цепь, собранную согласно схеме рис. 5.11.

83

2.Включите в цепь источник питания (БП) и замкните её

на проводник, снимите показания l1 и l2. Для точности результата измерения проведите 3–5 раз.

3.Включите печь и через 1–2 мин снимайте показания l1

иl2. Измерения проведите до температуры примерно 70°С.

4.Данные измерений (l1, l2, t °C) занести в табл. 5.2.

Таблица 5.2

5. Рассчитайте значения сопротивления проводника для данных температур по формуле

RX ll1 RЭ ,

2

где RЭ = 990 Ом – (эталонное) сопротивление.

6. Постройте график зависимости сопротивлений проводника от температуры и определите температурный коэффициент проводника ( ) по тангенсу угла наклона полученной прямой графика.

Вариант 3

7. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ ПРОВОДИМОСТИ

7.1. Ход работы

Зависимость электропроводности полупроводников от

W

энергии активации согласно формуле (5.11) равна 0е 2kT ,

84

Если продифференцировать уравнение (5.15), получим температурный коэффициент сопротивления полупроводника :

85

Величину W можно вычислить по формуле

Для определения энергии активации проводимости полупроводника используют две произвольные точки (m и n) на прямой,

которым соответствуют значения Т1 и ln RT .

7.2.Ход работы

1.В схеме работы поменяйте клеммы «проводники» на клеммы «полупроводники».

2.Определите сопротивление полупроводника при ком-

натной температуре, сняв предварительно значения l1 и l2 на реохорде (для точности измерения провести не менее 3 раз).

3.Включите печь и через равные промежутки времени измеряйте показания l1 и l2 при разных температурах, t °C

4.Данные измерений (l1, l2, t °C) занесите в табл. 5.3.

5.По формуле

RX RЭ ll1

2

рассчитайте значение сопротивления полупроводника и другие величины в табл. 5.3.

6. Для построения температурной зависимости сопротивлений полупроводника необходимы обратные значения темпе-

86

ратур, взятые по шкале Кельвина (TK = t °C + 273) и значения ln R .

7.Постройте на графике эту зависимость ln R от Т1 .

8.Из графика определите энергию активации полупроводника по формуле

W 2k ln RT .T1

Сделайте выводы по результатам данных заданий и проанализируйте причину различия температурной зависимости проводимости металлов от полупроводников.

Контрольные вопросы и задания

1.Объясните физическую природу электросопротивления металлов.

2.Запишите выражения для удельной электрической проводимости и удельного электрического сопротивления проводника.

3.Запишите выражения, показывающие зависимость сопротивления проводника от температуры и его линейных размеров и объясните данные зависимости.

4.Запишите закон Ома в дифференциальной и интегральной форме.

5.В чем состоит отличие полупроводников от металлов? Чем отличается собственная проводимость от примесной проводимости полупроводников?

6.В чем состоит различие температурного коэффициента сопротивления металлов и полупроводников?

7.Напишите выражение температурного коэффициента сопротивления. Укажите его размерность в СИ.

87

8. Дайте определение энергии активации проводимости полупроводников.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература

1.Трофимова, Т.И. Курс физики (учебное пособие для технических специальностей вузов) / Т.И. Трофимова. М. : Издательский центр «Академия», 2007, 2008. 560 с.

2.Фриш, С.Э. Курс общей физики: учебник. Т. 2 / С.Э. Фриш, А.В. Тиморева. – Санкт-Петербург : Изд-во «Лань», 2007. – 470 с.

Дополнительная литература

1.Савельев, И.В. Курс общей физики. Т. 2 / И.В. Савельев. – М. : Наука, главная редакция физ.-мат. литературы, 1988. – 496 с.

2.Детлаф, А.А. Курс физики / А.А. Детлаф, В.М. Яровский. – М. : Высшая школа, 1989. – 432 с.

3.Калашников, С.Г. Электричество / С.Г. Калашников. –

М. : Наука, 1970. – 432 с.

4.Кортнев, А.В. Практикум по физике / А.В. Кортнев, Ю.В. Рублев, А.Н. Куценко. – М. : Высшая школа, 1965. – 506 с.

88

Лабораторная работа № 6

ИЗУЧЕНИЕ ЛАМПОВОГО ДИОДА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ

УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА е/m ЭЛЕКТРОНА С ПОМОЩЬЮ ВАКУУМНОГО ДИОДА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение явления термоэлектронной эмиссии. Экспериментальное изучение зависимости анодного тока лампового диода от анодного напряжения и проверка теоретической формулы Богуславского – Ленгмюра для этой зависимости. Определение удельного заряда электрона e/m.

2. ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

Персональный компьютер с полным программным обеспечением для выполнения лабораторной работы в компьютерном варианте. Цифровой вольтметр и миллиамперметр для получения вольт-амперной характеристики диода, амперметр для измерения тока накала диода, стабилизированные источники питания, панель с размещенной на ней электронной лампой и электрической схемой для экспериментального варианта.

3.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1.Вольт-амперная характеристика вакуумного диода

Вакуумный диод представляет собой стеклянный или металлический баллон 1, из которого откачан воздух (рис. 6.1). Внутри баллона расположены два металлических электрода: анод 2 и катод 3. От этих электродов сквозь основание баллона проходят выводы 5 для включения в электрическую цепь.

Анод и катод имеют форму цилиндра с совпадающими осями симметрии, т. е. являются коаксиальными цилиндрами (рис. 6.1). На оси катода находится нить накала 4, электрически изолированная от него.

89

в заметном количестве. Это объясняется тем, что в поверхностном слое металла возникает задерживающее электрическое поле, пре-

пятствующее выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Чтобы электрон покинул металл, необходимо совершить некоторую работу, называемую работой выхода. Одна из причин возникновения работы выхода состоит в следующем. Если при тепловом движении электрон вылетит из металла, то он индуцирует на поверхности последнего заряды противоположного знака. Возникнет сила притяжения между электроном

иповерхностью металла, стремящаяся вернуть электрон обратно в металл. На преодоление этой силы требуется совершение работы. Можно указать и другую причину. Электроны, совершая тепловое движение, могут пересекать поверхность металла

иудаляться от нее на несколько межатомных расстояний. Над поверхностью металла возникает электронная атмосфера, плотность которой быстро убывает при удалении от металла. Под ней у поверхности металла остается слой положительно заряженных ионов. В результате образуется двойной электриче-

90