BADANIE ZALE NO CI TEMPERATUROWEJ OPORU PÓ PRZEWODNIKA (TERMISTORA)

Pó
przewodnik jest to materia
, którego przewodnictwo elektryczne w temperaturze pokojowej ma warto

po
redni
pomi
dzy po
rednictwem metali i izolatorów.Pó
przewodniki cechuje w
asno

,
e opór elektryczny maleje wraz ze wzrostem temperatury w pewnym zakresie, podczas gdy opór elektryczny dla metali ro
nie. W pó
przewodnikach rozró
niamy dwa rodzaje przewodnictwa:

- przewodnictwo samoistne

- przewodnictwo domieszkowe

Przewodnictwo samoistne jest uwarunkowane przej
ciem elektronów z zape
nionego pasma walencyjnego do pustego pasma przewodnictwa. W wysokich temperaturach wystarcza wzbudzenie termiczne, aby przerzuci
niektóre elektrony z pasma walencyjnego do pustego pasma przewodnictwa. Gdy elektron zostanie przeniesiony do pasma przewodnictwa, to w pa
mie walencyjnym zostaje puste miejsce, które nazywa si
dziur
.

Przewodnictwo domieszkowe (niesamoistne) jest uwarunkowane obecno
ci
w nim domieszek. Atomy domieszek nazywamy donorami, je
eli wprowadzaj
obsadzone poziomy energetyczne z którymi elektrony mog
by

atwo podniesione do pasma przewodnictwa kryszta
u. Atomy domieszek nazywamy akceptorami, je
eli wprowadzaj
one nieobsadzone poziomy energetyczne, do których elektrony mog
by

atwo przeniesione z pasma walencyjnego kryszta
u, pozostawiaj
c w nim dziury.

W
wiczeniu badamy zale
no

temperaturow
oporno
ci termistora, czyli oporu sporz
dzanego z materia
u pó
przewodnikowego. Termistory wykonuje si
z tlenków miedzi (Cu₂O, CuO), tlenków magnezu (Mn₂O, MnO) lub mieszaniny tlenków. Cech
charakterystyczn
termistora jest silna zale
no

oporu od temperatury.

W naczyniu z gliceryn
znajduje si
termistor A. Naczynie podgrzewamy na grzejniku, pod

czonym do sieci poprzez autotransformator. Za pomoc
autotransformatora ustalamy napi
cie zasilania na oko
o 100V. Temperatur
k
pieli glicerynowej i zanurzonego w niej termistora zmieniamy w zakresie od 20^oC do 100^oC, mierz
c co 10^oC opór termistora za pomoc
mostka Wheatstone^,'a. W drugiej cz

ci
wiczenia zdejmujemy charakterystyk
pr
dowo-napi
ciow
termistora umieszczonego w powietrzu, a nast
pnie w glicerynie o temperaturze pokojowej. Termistor mo
na ogrza
nie tylko przez podniesienie temperatury otoczenia, ale tak
e przez przepuszczenie pr
du elektrycznego. Wyniki zestawiamy w tabelce.

mA

V

220V*

termometr

Do mostka 220V *

Wheatsone'a A

grzejnik

Tabela nr2 . Dla gliceryny. Tabela nr3. Dla powietrza.

U[V]	I[mA]		U[V]	I[mA]
20 30 40 50 60 70 80 90 100	1.5 2.2 3.1 4.0 4.9 5.9 6.9 8.1 9.2		20 30 40 50 60 70 80 90 100	2.0 3.0 4.3 5.7 7.2 8.8 10.7 13.1 16.0

Tabela nr1.

R[]	ln R	T[C]	T[K]	1/T[1/K]
8200 5000 3200 2100 1350 920 640 460 360	9.01 8.52 8.07 7.65 7.21 6.82 6.46 6.13 5.89	20 30 40 50 60 70 80 90 100	293 303 313 323 333 343 353 363 373	3.41 3.30 3.19 3.10 3.00 2.92 2.83 2.75 2.68

OBLICZENIA:

V - klasa 0,5; 2-150V,1dzia
ka=2V,

mA I=0.02*I,

t =2^oC

R=2%+warto

dzia
ki

U = Klasa * Zakres/100 + 1dzia
ka

U = 150* 0.5/100 + 2 = 2.75

1. Dla mostka Wheatstone'a.

R/R * 200% = 2%

R = R * 0.02

R₁ = 8200 * 0.02 = 164

R₂ = 5000 * 0.02 = 100

2. Dla miliamperomierza w powietrzu:

I/I*100% = 2%

I = I*0.02

2.0*0.02 = 0.04

3.0*0.02 = 0.06

4. Dla miliamperomierza w glicerynie:

I = I*0.02

1.5*0.02 = 0.15

2.2*0.02 = 0.04

5.

1/T₁ = 1/T²

1/T₁ = 1/ (293) ² = 0.0000116

1/T₂ = 1/ (303)² = 0.0000108

6.

lnR = ølnR/Rø*R = 0.02

R = R_o*e ^{E / 2kT}

tg = E/2k

E = tg *2k

E = tg *2k

Eg = 2k * tg = 2k * (lnR/(1/T)) = 2k * (9.0118 - 7.2078)/(3.41*10^-3 - 3*10^-3) = 2k *4400 =

= 2*1.38*10^-23 *4400 = 2.76 * 10^-23 * 4400 = 1.2144 * 10^-19

k = 1.38 * 10^-23

=0.31[eV]

Wnioski

Na podsawie przeprowadzonych oblicze
otrzymali
my wynik energii aktywacji, która w przypadku danego termistora wynosi 0.31[eV] . Wyniki do
wiadczenia umo
liwi
y nam wykonanie wykresu zale
no
ci wielko
ci oporu pó
przewodnika od wzrostu jego temperatury. Podczas wykonywania pomiarów w tym doswiadczeniu powsta
b
ad, który by
spowodowany niedok
adnym odczytaniem wyniku z urz
dzenia pomiarowego. Charakterystyka pr
dowo-napieciowa pó
przewodnika wykaza
a,
e nie mo
na opisywa
zjawisk w nim zachodz
cych za pomoc
prawa Ohma. Na charakterystyk
pr
dowo-napieciow
bezpo
redni wp
yw wywiera otoczenie, w którym znajduje si
pó
przewodnik.

---