- •Часть 2
- •Введение
- •1.1 Общие требования
- •1.2. Требования по технике безопасности перед началом работ
- •1.3. Требования по технике безопасности при выполнении работ
- •1.4 Требования по технике безопасности при работе с источниками излучения
- •1.5 Требования по технике безопасности в аварийных ситуациях
- •1.6. Требования по технике безопасности по окончании работ
- •1.7 Меры пожарной безопасности
- •2 Указания по составлению отчёта
- •2.1 Содержание отчета
- •Лабораторная работа № 2.1 Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решётки
- •Физическое обоснование эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.2
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.3
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.4
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.5
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •1. Построение градуировочного графика спектроскопа и определение неизвестной длины волны свет:
- •2. Определение угловой дисперсии спектроскопа:
- •3. Обработка результатов измерений:
- •Лабораторная работа № 2.6 Определение удельного вращения и концентрации раствора сахара с помощью макета поляриметра
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа 2.7 Дифракционные явления на трёхмерных структурах
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа 2.8 Законы теплового излучения
- •Краткие теоретические сведения
- •Законы смещения Вина.
- •1. Длина волны, на которую приходится максимум в спектре излучения чёрного тела, обратно пропорциональна температуре
- •Закон Рэлея-Джинса. Исходя из представлений статистической физики о равномерном распределении энергии по степеням свободы, Рэлей и Джинс получили формулу:
- •Методика расчета
- •Лабораторная работа 2.9 Определение ширины запрещённой зоны по спектру люминесценции
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.10 Исследование температурной зависимости удельного сопротивления меди и кремния
- •Краткие теоретические сведения
- •1.1. Электрический ток в металлах и полупроводниках
- •1.2. Температурная зависимость электропроводности металлов и полупроводников
- •2. Схема установки
- •3. Порядок измерений
- •4. Обработка результатов измерений
- •4.1. Определение параметров температурной зависимости меди
- •4.2. Вычисление энергии активации атомов кремния
- •5.3. Обработка экспериментальных данных методом наименьших квадратов
- •5. Контрольные вопросы
- •2. -Распад
- •3. Ослабление излучения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Лабораторная работа № 2.10 Исследование температурной зависимости удельного сопротивления меди и кремния
Цель работы:
наблюдение температурной зависимости удельного сопротивления меди и кремния;
определение величины температурного коэффициента сопротивления меди на основе опытных данных;
определение энергии активации кремния с помощью опытных данных.
Приборы и оборудование: специальная установка, омметр, соединительные проводники.
Краткие теоретические сведения
1.1. Электрический ток в металлах и полупроводниках
По своей способности проводить электрический ток твёрдые тела подразделяются на проводники, диэлектрики и полупроводники.
Для количественной характеристики электрических свойств тел используют физические величины: проводимость проводника, а также сопротивление проводника. Материал, из которого изготовлены элементы цепи, оценивают с помощью физических величин: удельная электрическая проводимость и удельное сопротивление проводника.
Сила тока I, текущего по однородному цилиндрическому проводнику постоянного сечения, пропорциональна падению напряжения U на проводнике:
где – сопротивление однородного цилиндрического проводника (Ом) длиной L (м) и с постоянным поперечным сечением S (м2), – удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник (Ом·м), – проводимость проводника (), – удельная электрическая проводимость вещества ().
В проводнике удельная электрическая проводимость, а также удельное сопротивление могут меняться от точки к точке, поскольку они характеризуют электрические свойства вещества, заключённого в физически бесконечно малом объёме вокруг рассматриваемой точки проводника. Среди твёрдых тел наименьшей удельной электрической проводимостью обладают изоляторы (диэлектрики). Значения удельной проводимости диэлектриков лежат в диапазоне от до. Наибольшей удельной проводимостью обладают твёрдые тела, относящиеся к группе проводников. Удельная электрическая проводимость металлов лежит в пределах отдо.
1.2. Температурная зависимость электропроводности металлов и полупроводников
С изменением температуры удельная проводимость металлов и полупроводников меняется по-разному. С понижением температуры удельная проводимость металлов возрастает и для чистых металлов стремится к бесконечности при стремлении температуры проводника к абсолютному нулю. По мере роста температуры удельная проводимость металлов убывает. Увеличение сопротивления металлического проводника электрическому току с ростом температуры объясняется увеличением интенсивности колебательного движения ионов кристаллической решётки проводника, препятствующего направленному перемещению электронов проводимости в образце.
Зависимость сопротивления металлического проводника от температурыt (в °С) в широком интервале температур можно считать линейной
,
где – сопротивление проводника при 0 °С, – температурный коэффициент сопротивления проводника ().
У полупроводников наблюдается иная, чем у металлов, температурная зависимость электропроводности.
При понижении температуры удельная электрическая проводимость полупроводника убывает. При температурах, близких к абсолютному нулю, полупроводник ведёт себя подобно диэлектрику. При увеличении температуры образца удельная проводимость полупроводников, начиная с некоторой температуры, сравнима с удельной проводимостью металлов. Такое поведение удельной проводимости полупроводника связано с увеличением числа носителей тока при возрастании температуры образца. При комнатной температуре сопротивление полупроводника с хорошей точностью определяется следующей формулой
,
где – сопротивление полупроводникового образца при абсолютной температуреT (в К); A – некоторый коэффициент, характеризующий свойства данного образца и слабо зависящий от температуры, – постоянная Больцмана,E – энергия активации полупроводника.
Пользуясь формулой , можно найти энергию активации E, которая определяется следующим выражением
.