Jonasz Załęski 25.10.2006
150301
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
INSTYTUT FIZYKI
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 44
Temat: Pomiar zależności oporności metali i półprzewodników od temperatury.
Cel ćwiczenia: Pomiar rezystancji metalu i półprzewodnika w funkcji temperatury oraz wyznaczenie temperaturowego współczynnika rezystancji metalu i szerokości przerwy energetycznej w półprzewodniku.
Opis układu pomiarowego.
W ćwiczeniu użyto Multimetrów typu 1331 oraz 1321.
Opis ćwiczenia i wyniki pomiarów
W temperaturze pokojowej (21,3C), rezystancja wynosiła odpowiednio:
półprzewodnik - 0,913 k
metal - 0,109 k
Poprzez stopniowe zwiększanie napięcie zasilania grzejnika za pomocą autotransformatora, powodowano wzrost temperatury w sposób przedstawiony w tabeli. Pomiar wykonywano co 5C.
Wzrost temperatury |
Temperatura |
Metal (Pt) |
Stop półprzewodnikowy (NTC 21) |
|
T [°C] |
R [k Ω] |
R [k Ω] |
|
21,3 |
0,109 |
0,913 |
|
25 |
0,11 |
0,87 |
|
30 |
0,112 |
0,77 |
|
35 |
0,114 |
0,641 |
|
40 |
0,116 |
0,516 |
|
45 |
0,118 |
0,453 |
|
50 |
0,12 |
0,386 |
|
55 |
0,121 |
0,32 |
|
60 |
0,124 |
0,259 |
|
65 |
0,125 |
0,214 |
|
70 |
0,127 |
0,191 |
|
75 |
0,129 |
0,165 |
|
80 |
0,131 |
0,137 |
|
85 |
0,133 |
0,111 |
Po wyłączeniu autotransformatora, włączono wentylator w komorze pomiarowej. A od temp 50C włączono dodatkowo chłodzenie wodne.
Spadek temperatury |
Temperatura |
Metal (Pt) |
Stop półprzewodnikowy (NTC 21) |
|
T [°C] |
R [k Ω] |
R [k Ω] |
|
21,3 |
0,109 |
0,913 |
|
25 |
0,11 |
0,87 |
|
30 |
0,112 |
0,77 |
|
35 |
0,114 |
0,641 |
|
40 |
0,116 |
0,516 |
|
45 |
0,118 |
0,453 |
|
50 |
0,12 |
0,386 |
|
55 |
0,121 |
0,32 |
|
60 |
0,124 |
0,259 |
|
65 |
0,125 |
0,214 |
|
70 |
0,127 |
0,191 |
|
75 |
0,129 |
0,165 |
|
80 |
0,131 |
0,137 |
|
85 |
0,133 |
0,111 |
Obliczenia
Tabela wyników obliczeń
|
NTC - 210 |
Pt |
|||||
Temp [C] |
Temp [K] |
R [kΩ] |
∆R [kΩ] |
1000/T |
ln R |
R [kΩ] |
∆R [kΩ] |
21,3 |
294,45 |
0,913 |
0,0018 |
3,40 |
6,82 |
0,109 |
0,00022 |
25 |
298,15 |
0,87 |
0,0017 |
3,35 |
6,77 |
0,11 |
0,00022 |
30 |
303,15 |
0,77 |
0,0015 |
3,30 |
6,65 |
0,112 |
0,00022 |
35 |
308,15 |
0,641 |
0,0013 |
3,25 |
6,46 |
0,114 |
0,00023 |
40 |
313,15 |
0,516 |
0,0010 |
3,19 |
6,25 |
0,116 |
0,00023 |
45 |
318,15 |
0,453 |
0,0009 |
3,14 |
6,12 |
0,118 |
0,00024 |
50 |
323,15 |
0,386 |
0,0008 |
3,09 |
5,96 |
0,12 |
0,00024 |
55 |
328,15 |
0,32 |
0,0006 |
3,05 |
5,77 |
0,121 |
0,00024 |
60 |
333,15 |
0,259 |
0,0005 |
3,00 |
5,56 |
0,124 |
0,00025 |
65 |
338,15 |
0,214 |
0,0004 |
2,96 |
5,37 |
0,125 |
0,00025 |
70 |
343,15 |
0,191 |
0,0004 |
2,91 |
5,25 |
0,127 |
0,00025 |
75 |
348,15 |
0,165 |
0,0003 |
2,87 |
5,11 |
0,129 |
0,00026 |
80 |
353,15 |
0,137 |
0,0003 |
2,83 |
4,92 |
0,131 |
0,00026 |
85 |
358,15 |
0,111 |
0,0002 |
2,79 |
4,71 |
0,133 |
0,00027 |
80 |
353,15 |
0,116 |
0,0002 |
2,83 |
4,75 |
0,132 |
0,00026 |
75 |
348,15 |
0,124 |
0,0002 |
2,87 |
4,82 |
0,13 |
0,00026 |
70 |
343,15 |
0,135 |
0,0002 |
2,91 |
4,91 |
0,128 |
0,00026 |
65 |
338,15 |
0,151 |
0,0003 |
2,96 |
5,02 |
0,126 |
0,00025 |
60 |
333,15 |
0,17 |
0,0003 |
3,00 |
5,14 |
0,124 |
0,00025 |
55 |
328,15 |
0,198 |
0,0004 |
3,05 |
5,29 |
0,122 |
0,00024 |
50 |
323,15 |
0,234 |
0,0005 |
3,09 |
5,46 |
0,12 |
0,00024 |
45 |
318,15 |
0,263 |
0,0005 |
3,14 |
5,57 |
0,118 |
0,00024 |
40 |
313,15 |
0,293 |
0,0006 |
3,19 |
5,68 |
0,117 |
0,00023 |
35 |
308,15 |
0,344 |
0,0007 |
3,25 |
5,84 |
0,114 |
0,00022 |
30 |
303,15 |
0,43 |
0,0009 |
3,30 |
6,06 |
0,112 |
0,00022 |
25 |
298,15 |
0,559 |
0,0011 |
3,35 |
6,33 |
0,11 |
0,00022 |
20 |
293,15 |
0,773 |
0,0016 |
3,41 |
6,65 |
0,108 |
0,00021 |
Obliczenie temperaturowego współczynnika oporności
Obliczenie błędu temperaturowego współczynnika oporności
Obliczenie szerokości przerwy energetycznej
k - stała Boltzmanna, k = 1,38*10-23 [J/K]
R - rezystancja półprzewodnika w danej temperaturze
T - temperatura
Eg = 1,00912*10 -19 [J] = 0,631[eV]
Obliczenie błędu ∆Eg
∆Eg = 0,0056[eV]
Wnioski
W doświadczeniu temperaturą odniesienia była t = 21,3*C (taka temperatura panowała w pomieszczeniu laboratoryjnym).
Na błędy pomiarowe w tym ćwiczeniu mogło mieć wpływ kilka czynników, takich jak:
- niedokładność odczytu wartości temperatury z termometru,
-wpływ rezystancji przewodów i połączeń;
- opóźnienie odczytu rezystancji względem odczytu temperatury (szczególnie dla półprzewodnika).
- w mniejszym stopniu błędy użytych mierników cyfrowych;
Wyniki otrzymane w doświadczeniu potwierdzają wzrost rezystancji metali wraz ze wzrostem temperatury oraz jej spadek dla półprzewodników. Różnice między ogrzewaniem i schładzaniem dla metalu są prawie niezauważalne. Dla półprzewodnika są za to bardzo znaczące. Można powiedzieć, że wyniki otrzymane podczas nagrzewania są dokładniejsze, ponieważ temperatura zmieniała się dużo wolniej w porównaniu do ochładzania.
4
Wyszukiwarka