Imię i nazwisko :
|
|
Wydział : Elektryczny |
Kierunek: Elekroautomatyka Okrętowa |
Grupa nr: III |
Ćwiczenie nr: 4 |
Data wykonania: 15.03.1999 |
Data oddania: 22.03.1999 |
Temat : Badanie wpływu temp. na przewo-dnictwo elektryczne ciał stałych |
|
Uwagi : |
Ocena : |
1 Wstęp teoretyczny
Metale są przewodnikami prądu. Charakteryzują się przewodnictwami rzędu 106 - 108 (Ωm)-1. W izolatorach jest ono mniejsze niż 10-8 (Ωm)-1. Wszystkie ciała o przewodnictwie zawartym między 106 - 10-8 (Ωm)-1 należałoby zaliczyć do półprzewodników.
W metalach stan przewodnictwa jest stanem normalnym, niewzbudzonym i to odróżnia je od niemetali. Wszystkie metale mają w zasadzie zbliżone wartości przewodnictw właściwych, gdyż koncentracja elektronów biorących udział w przewodzeniu prądu jest w nich stała. Zależność oporu właściwego od temperatury w metalach można zapisać za pomocą liniowego związku :
R = Ro(1+αT)
gdzie :
α - współczynnik temperaturowy oporu
Wzrost oporu w metalach przy podwyższeniu temperatury spowodowany jest zmniejszeniem ruchliwości nośników ładunku. Temperaturowy współczynnik oporu zdefiniowany jest następująco :
gdzie :
R - opór w temperaturze początkowej
ΔR = Rt + R - przyrost oporu
ΔT - przyrost temperatury
Dla półprzewodnika samoistnego szerokość pasma wzbronionego można wyznaczyć z zależności :
gdzie :
R1 i R2 - wartości oporów w temperaturach T1 i T2
k - stała Boltzmanna
2 Ćwiczenie 1
Wyznaczanie charakterystyki oporowo temperaturowej dla przewodnika, termistora i stopu oporowego:
Użyte przyrządy
- 2 x mostek Thomsona kl. ±0,015 [Ω]
- omomierz elektroniczny kl. ±0,01 [Ω]
- grzałka
- elementy badane
W celu wykreślenia charakterystyk umieszczono badane elementy w naczyniu z olejem. Podłączono mierniki rezystancji i stopniowo zaczęto podgrzewać olej jednocześnie mierząc zmianę rezystancji poszczególnych elementów względem rosnącej temperatury.
Zestawienie wyników
Lp. |
T |
R(izolator) |
R(przewodnik) |
T |
R(termistor) |
ln R |
1/T |
|
[oC] |
[Ω] |
[Ω] |
[K] |
[Ω] |
[ln Ω] |
[1/K]*10-3 |
1 |
23 |
3,95 |
3,1 |
296 |
16,79 |
2,82 |
3,38 |
2 |
27 |
4 |
3,15 |
300 |
13,94 |
2,63 |
3,33 |
3 |
32 |
4 |
3,2 |
305 |
12,27 |
2,51 |
3,28 |
4 |
35 |
4 |
3,25 |
308 |
10,86 |
2,39 |
3,25 |
5 |
39 |
3,95 |
3,3 |
312 |
9,02 |
2,2 |
3,21 |
6 |
43 |
4 |
3,35 |
316 |
7,51 |
2,02 |
3,16 |
7 |
47 |
4 |
3,4 |
320 |
6,26 |
1,83 |
3,13 |
8 |
52 |
3,95 |
3,45 |
325 |
5,12 |
1,63 |
3,08 |
9 |
55 |
3,95 |
3,45 |
328 |
4,55 |
1,52 |
3,05 |
10 |
59 |
4 |
3,5 |
332 |
3,89 |
1,36 |
3,01 |
11 |
63 |
4 |
3,55 |
336 |
3,23 |
1,17 |
2,98 |
12 |
67 |
4 |
3,6 |
340 |
2,86 |
1,05 |
2,94 |
13 |
71 |
4 |
3,65 |
344 |
2,5 |
0,92 |
2,91 |
14 |
75 |
4 |
3,7 |
348 |
2,17 |
0,77 |
2,87 |
15 |
79 |
4 |
3,75 |
352 |
1,91 |
0,65 |
2,84 |
16 |
83 |
4 |
3,8 |
356 |
1,7 |
0,53 |
2,81 |
17 |
88 |
4 |
3,85 |
361 |
1,47 |
0,39 |
2,77 |
18 |
91 |
4 |
3,9 |
364 |
1,33 |
0,29 |
2,75 |
19 |
95 |
4 |
3,95 |
368 |
1,22 |
0,2 |
2,72 |
20 |
100 |
3,95 |
4 |
373 |
1,02 |
0,02 |
2,68 |
Obliczenia
Temperaturowy współczynnik oporu wynosi :
- dla przewodnika α = 4,03 ,
Szerokość przerwy wzbronionej w badanym termistorze obliczam wykorzystując wykres zależności lnR = ƒ(1/T) oraz poniższe zależności:
gdzie k = 1,38*10-23 [J/deg]
dla a = 0.039 wynosi :
ΔE = 5.30628 * 10-25 [J/deg]
4 Wnioski i spostrzeżenia.
Współczynnik temperaturowy obliczony dla przewodnika był niemal jednakowy jak podawany w literaturze współczynnik dla miedzi 0,00393 [1/K]. Niestety nie udało się wyznaczyć temperaturowego współczynnika oporu dla drutu oporowego. Najprawdopodobniej przyczyną były zbyt niskie wahania temperatury lub niesprawność mostka co tłumaczyło by nie znanego pochodzenia odchyły, które występowały co kilka pomiarów a następnie zanikały. (najwyraźniej widać to na wykresie dla drutu oporowego). Można przepuszczać, że charakterystyka termistora wykonana została także poprawnie ponieważ wykres logarytmiczny w przybliżeniu reprezentował linię prostą.