фпк07
65000

 Изучение температурной зависимости электропроводности металлов и полупроводников

Установка по Квантовой физики ФПК-07 — предназначена для изучения температурной зависимости электропроводности твердых тел и расчета основных параметров образцов в рамках зонной теории электропроводности.

Установка позволяет определять: температурный коэффициент сопротивления металла, ширину запрещенной зоны полупроводника, энергию ионизации атомов примеси и энергии Ферми.

Установка выполнена в виде 2-х функциональных блоков: измерительного устройства и блока нагревателя с объектами исследования. В установке контролируются температура и сопротивление образца по цифровому 3-х разрядному индикатору.

Установка состоит из объекта исследования (электропечи с установленными в ней исследуемыми образцами и датчиком) и устройства измерительного, выполненных в виде конструктивно законченных изделий , установленных на рабочем столе и соединяемых между собой кабелем. Внутри электропечи помещены образцы, датчик ( термометр сопротивления) и лампочка которая засвечивается при включенной печи, вентилятор для охлаждения электропечи и источники питания электропечи, а также устройства коммутации и индикации. Электропечь служит для нагрева образцов, температура которых измеряется датчиком измерителя температуры. Вентилятор служит для ускорения охлаждения электропечи.

— Установка ФПК 07 предназначена для проведения лабораторных работ по курсу «Квантовая физика» для инженерно-технических специальностей высшей школы.

— Установка позволяет исследовать изменение электропроводности образцов металлов полупроводника при изменении температуры путем непосредственного измерения электрического сопротивления образцов при нагреве в лабораторной электропечи.

— При проведении лабораторных работ установка может использоваться как самостоятельно, так и в составе лаборатории » Квантовая физика «

— Установка предназначена для эксплуатации в закрытых, сухих, отапливаемых помещениях при температуре окружающей среды от 283 до 308°К и относительной влажности воздуха до 80 %. при температуре 298°К и атмосферном давлении от 84,4 до 106,7 кПа.

Технические характеристики:

 Количество образцов (установлены в электропечи) 3 шт.;

Пределы изменения температуры образцов,°С, не менее, температура окружающей  среды … + 100;

Максимальное значение температуры нагрева ,°С + 120

Максимальное значение температуры нагрева при срабатывании

защиты (ограничение температуры нагрева образцов), °С,  +125;

Пределы измерения температуры образцов,°С,  +20 …+130;

Пределы измерения сопротивления образцов, Ом, 0…200;

Погрешности измерения температуры и сопротивления

от максимальной величины соответствующего предела измерения, %, 4 ± 2 единицы младшего разряда;

Примечание: Нижний предел изменения и измерения температуры определяется температурой окружающей среды.

Ориентировочное время нагрева образцов до 100°С , мин. 10…20.

 

Питание установки осуществляется от сети переменного тока

частотой , Гц , 50 ± 0,4;

напряжением, В, 220 ± 10%;

Потребляемая мощность, ВА, не более 120

Габаритные размеры, мм, 

устройства измерительного 250 х 80 х 330;

объекта исследования (электропечи с образцами) 150 х 120 х 300;

Масса установки, кг,  10;

Средний срок службы, лет, 5;

Наработка на отказ, часов, 1000 ;

На передней панели устройства находится окно, позволяющее наблюдать электропечь и образцы, установленные в ней. На этой же панели размещены следующие органы управления и индикации:
— выключатель «СЕТЬ » — предназначен для включения и выключения питания объекта исследования;

— переключатель «ОБРАЗЕЦ» — предназначен для поочередного подлючения образцов к измерительному входу;

— металл (медь)

— сплав с низким температурным коэффициентом сопротивления (манганин или константан)

Задание

1) Измерьте зависимость сопротивления металлического проводника от температуры при ее изменении от комнатной до 100 °С.;

2) Определите температурный коэффициент сопротивления металла;

3) Определите: а) природу металла, из которого изготовлено сопротивление; б) погрешность измерения a.

 
 Выполнения работы:
1.Включите установку выключателями «СЕТЬ» на задней панели устройства и передней панели объекта исследования. При этом на индикаторе устройства должны установиться следующие показания: сопротивление «0» (допускается индикация до значения 2 младшего разряда), температура окружающей среды. На объекте исследования должен светиться индикатор«ВЕНТ».2. Дайте прогреться установке 3-5 мин.3. Переключателем «ОБРАЗЕЦ» расположенным на передней панели объектаисследования, выберите образец «1».4.Нажмите кнопку «НАГРЕВ» устройства (при этом на индикаторе появится надпись WARM, а в печи объекта исследования засветится лампочка).5.Наблюдая за показаниями температуры (они должны возрастать). При достижении температуры измерения меньше необходимой на 2оС ( температуры измерить через 5оС) повторно нажмите кнопку НАГРЕВ (при этом лампочка в печи погаснет). При достижении необходимой температуры нажмите кнопку СТОП ИНД и на экране появится надпись Fixed. Снимите показания сопротивления. Для продолжения работы нажмите кнопку СТОП ИНД.


Контрольные вопросы

  1. Что такое электрический ток? Какие физическая величина характеризует электрический ток? Назвать единицу ее измерения.
  2. Что такое плотность электрического тока? Как можно определить плотность тока? Единица измерения.
  3. Чему равна удельная электропроводность? От каких величин она зависит?
  1. Что такое удельное сопротивление проводника? От чего оно зависит?
  2. Закон Ома в дифференциальной и интегральной форме.
  1. Что такое сопротивление проводника? Единица измерения.
  2. От чего зависит сопротивление металлического проводника при постоянной температуре?
  3. Какова зависимость удельного сопротивления от температуры.
  4. Как изменяется сопротивление металлов с повышением температуры? Почему? Какой закон выражает эту зависимость?
  5. Записать определяющую формулу для температурного коэффициента сопротивления. Можно ли в данной работе подсчитать по ней численное значение a?
  6. Какой физический смысл имеет температурный коэффициент сопротивления a? Объяснить на полученном в работе результате.
  7. вывести рабочую формулу для вычисления температурного коэффициента.