Wstęp Teoretyczny

Opis temperaturowej zależności oporu metali

Metale wykazują w przybliżeniu liniową zależność oporności właściwej od temperatury:

ρ = ρo (1+α_T) = ρo [1+α (T-To)]

gdzie: ρ- oporność właściwa w temperaturze T

ρ0 - oporność właściwa w temperaturze To=273K

α – temperaturowy współczynnik oporności właściwej.

W przedziale temperatur 273K-373K można z dobrym przybliżeniem powyższą zależność przenieść bezpośrednio na rezystancję i zapisać:

Rm= Ro [1+α t ]

Ro - rezystancja w temperaturze 0 0C,

Rm- rezystancja w temperaturze t ,

α - temperaturowy współczynnik rezystancji w zakresie od 0 do t 0C.

Co oznacza, że opór elektryczny metali rośnie liniowo wraz z temperaturą.

Opis zależności oporu półprzewodnika od temperatury

Opór elektryczny półprzewodników maleje wraz ze wzrostem temperatury, a zależność ta nie

jest liniowa, przedstawia ją wzór:

R =Ro exp(EA/kT)

gdzie: EA jest energią aktywacji,

k – stała Boltzmana,

Ro- stała dla danego półprzewodnika.

Prawo Ohma- proporcjonalność napięcia U mierzona na końcach przewodnika o oporze R do natężenia prądu płynącego przez ten przewodnik I, co wyraża się wzorem:

Półprzewodniki samoistne

Półprzewodnik samoistny jest to półprzewodnik, którego materiał jest idealnie czysty, bez żadnych zanieczyszczeń struktury krystalicznej.  Koncentracja wolnych elektronów w półprzewodniku samoistnym jest równa koncentracji dziur. Przyjmuje się, że w temperaturze zera bezwzględnego w paśmie przewodnictwa nie ma elektronów, natomiast w temperaturach większych ma miejsce generacja par elektron-dziura; im wyższa temperatura, tym więcej takich par powstaje.

Tabela 1. Wyznaczenie temperaturowego współczynnika oporności metalu.

t[^oC]	Rm[Ὠ]	I [mA]

Tabela 2. Wyznaczenie energii aktywacji dla półprzewodnika.

T[K]	Rp[Ὠ]=Uo/I	lnRp	1/T

„BADANIE ZALEŻNOŚCI OPORU PRZEWODNIKA I PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY”

CEL DOŚWIADCZENIA

Ćwiczenie polegało na wyznaczeniu i porównaniu temperatur, charakterystyki oporu przewodnika, czyli metalu i półprzewodnika oraz obliczenie ich podstawowych parametrów.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

Doświadczenie prowadzone było w cylindrycznym naczyniu w kąpieli olejowej, gdzie centralnie umieszczona została grzałka zasilana z autotransformatora, dzięki niej można było zmieniać temperaturę. W tej samej odległości od niej z trzech stron umieszczone były: badany przewodnik i półprzewodnik oraz termopara do pomiaru temperatury. Pomiar rezystancji metalu odbył się bezpośrednio za pomocą omomierza. Oporność półprzewodnika wyznaczałyśmy się pomiar prądu płynący w obwodzie zasilanym zewnętrznym zasilaczem przy stałym napięciu kontrolowanym na woltomierzu. Ustawienia przyrządów: Pomiar oporu przewodnika na zakresie 200 Ω. Pomiar napięcia na zakresie 20V. Pomiar prądu na zakresie 200mA. Pomiar temperatury na zakresie 0 ^oC. Ustawienia zasilacza dokonuje się jedynie potencjometrem FINE, ustawiając napięcie na wartość U0=0.7V.

Tab 1

Obliczenia

Tab 2

Obliczenia

WNIOSKI:

• Dla przewodnika rezystancja pod wpływem temperatury wzrasta liniowo. Wiąże się to z tym że koncentracja w metalach jest bardzo duża i niewiele się zmienia.

• Opór elektryczny półprzewodników maleje wraz ze wzrostem temperatury a zależność ta nie jest liniowa.

• Energia aktywacji w półprzewodnikach zmienia się pod wpływem temperatury bardzo silnie.

• Opór elektryczny przewodników metalowych wzrasta ze wzrostem temperatury.

• Błędy pomiarowe są bardzo trudne do wyeliminowania, gdyż wynikają z niedokładności i niedoskonałości urządzeń pomiarowych: miernika rezystancji, termometru, wpływ rezystancji użytych połączeń i przewodów, opóźnienie odczytu rezystancji względem odczytu temperatury.