Na ovoj lekciji razmotrit ćemo praktičnu primjenu znanja stečenog na primjeru laboratorijskog rada u fizici kako bi se mjerilo specifična toplinska sposobnost krutog. Upoznat ćemo se sa glavnom opremom koja će biti potrebna za to iskustvo i razmotriti tehnologiju praktičnog rada na mjerenju fizičkih količina.

1. Metalni cilindar postavite u čašu vrućom vodom i mjerite temperaturu na njenu temperaturu. Bit će jednaka temperaturi cilindra, jer u određenom vremenu temperature vode i cilindra dolazi.

2. Zatim popeti hladnu vodu u kalorimetar i izmerite njegovu temperaturu.

3. Nakon toga, cilindar je vezan na niti u kalorimetrom sa hladnom vodom i miješajući vodu u njemu termometrom, mjerila temperaturu kao rezultat razmjene topline (Sl. 6).

Sl. 6. Struktura laboratorijskog rada

Izmjerena stalna konačna temperatura u kalorimetri i preostali podaci omogućit će nam da izračunamo specifični toplinski kapacitet metala iz kojeg se stvara cilindar. Izračunajte željeni iznos koji ćemo zasnovati na činjenici da se hlađenje, cilindar daje potpuno istu količinu topline, koja se dobiva vodom prilikom zagrevanja, takozvana razmjena topline dolazi (Sl. 7).

Sl. 7. Razmjena topline

U skladu s tim, dobivamo sljedeće jednadžbe. Za grijanje na vodu potrebno je za količinu topline:

Gde:

Specifični toplinski kapacitet (vrijednost tablice);

Masa vode koja se može odrediti utezima, kg;

Konačna temperatura vode i cilindra, mjerena termometrom, o;

Početna temperatura hladne vode, izmjerena termometrom, o.

Kada se ohladi metalni cilindar, odabran je količina topline:

Gde:

Specifični toplinski kapacitet metala iz kojeg se vrši cilindar (željena vrijednost);

Masa cilindra, koja se može odrediti težinom, kg;

Temperatura tople vode i, u skladu s tim, početna temperatura cilindra, mjerena termometrom, o;

Konačna temperatura vode i cilindra, mjerena termometrom, o.

Komentar.U obje formule odbijamo s veće temperature manje da bismo utvrdili pozitivnu vrijednost količine topline.

Kao što je spomenuto ranije, u procesu razmjene topline, količina topline dobivena vodom jednaka je količini topline koja je dala metalni cilindar:

Shodno tome, specifična toplinska kapacitet cilindra materijala:

Rezultati dobiveni u bilo kojem laboratorijskom radu povoljno su zabilježeni u tablici i za postizanje prosječnog maksimalnog približnog rezultata nekoliko mjerenja i proračuna. U našem slučaju tablica može izgledati kako slijedi:

Vodena masa u kalorimetrom	Početna temperatura vode	Masovni cilindar	Početna temperatura cilindra	Završna temperatura

Izlaz:izračunata vrijednost specifične topline kapaciteta cilindra materijala.

Danas smo pregledali metodu provođenja laboratorijskog rada na mjerenju specifične topline čvrstog. U sljedećoj lekciji razgovarat ćemo o oslobađanju energije prilikom sagorijevanja goriva.

Bibliografija

1. Gentendestein L.E, Kaidalov AB, Kozhevnikov v.b. / Ed. Orlova v.a., Roizen I.I. Fizika 8. - M.: MNEMOZIN.
2. PRIRYCIN A.V. Fizika 8. - M.: Drop, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.v., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Prosvetljenje.

1. Internet portal "5terka.com" ()
2. Internet portal "K2x2.info" ()
3. Internet portal "youtube.com" ()

Zadaća

1. Na kojoj se od faza laboratorijskog rada vjerojatnost dobivanja najveće greške mjerenja?
2. Što bi trebali biti materijali i uređaj kalorimetra za dobivanje najtačnijih rezultata mjerenja?
3. * Predložite svoju metodologiju za mjerenje specifičnih toplinskih kapaciteta tekućine.

Laboratorijski rad broj 8 "Mjerenje slobodnog pada pomoću klatna."

Cilj: Izračunajte ubrzanje slobodnog pada iz formule za oscilacijsko razdoblje matematičkog klatna:

Da biste to učinili, potrebno je izmjeriti razdoblje oscilacije i dužinu ovjesa klatna. Zatim, od formule (1) možete izračunati ubrzanje slobodnog pada:

Mjerenje:

1) sat sa drugom strelicom;

2) Mjerna traka (Δ l \u003d 0,5 cm).

Materijali: 1) lopta sa rupom; 2) nit; 3) stativ sa spojnicom i prstenom.

Postupak za obavljanje poslova

1. Ugradite stativ na ivicu tablice. Na svom gornjem kraju ojačajte prsten sa spojnicom i objesite loptu na navoj. Kugla bi trebala da visi na udaljenosti od 3-5 cm od poda.

2. Odvijte klatno iz ravnoteže za 5-8 cm i otpustite ga.

3. Izmjerite dužinu ovjesa mjerna traka.

4. Izmjerite vrijeme Δt 40 kompletnih oscilacija (N).

5. Ponovite mjerenje Δt (bez promjene eksperimentalnih uvjeta) i pronađite prosječnu vrijednost Δt Wed.

6. Izračunajte prosječnu vrijednost razdoblja oscilacije T CP prosječnom vrijednošću Δt CP.

7. Izračunajte vrijednost G CP po formuli:

8. Primite rezultate na stol:

soba	l, M.	N.	ΔT, S.	ΔT WED, sa

9. Uporedite rezultirajuću srednju vrijednost za G CP sa vrijednošću g \u003d 9,8 m / s 2 i izračunajte relativnu grešku mjerenja formulom:

Nakon proučavanja toka fizike, često ste morali koristiti u rješavanju problema i drugih proračuna vrijednosti ubrzavanja slobodnog pada na površini zemlje. Uzeli ste vrijednost g \u003d 9,81 m / s 2, odnosno s tačnošću koja je sasvim dovoljno za izračune koje proizvodite.

Svrha ovog laboratorijskog rada je eksperimentalna postavka ubrzanja slobodnog pada pomoću klatna. Znajući formulu oscilacijskog perioda matematičkog klatna T \u003d

možete izraziti vrijednost g putem vrijednosti dostupnih jednostavnom objektu eksperimentom i izračunati G s nekom tačnošću. Ekspresni

gdje je duljina suspenzije, a t je razdoblje klatna oscilacija. Period oscilacija klatna T lako je odrediti, mjerenje vremena T, neophodno za počinjenje određenog broja n punih oscilacija klatna

Matematički klatno naziva se teretom suspendovanim na tanku neprofitabilan nit, čija su dimenzije mnogo manja od dužine niti, a masa je mnogo više od mase niti. Odstupanje ovog tereta iz vertikale javlja se na beskonačno malom uglu, a trenje je odsutno. U stvarnim uvjetima, formula

ima približan karakter.

Razmislite o takvom tijelu (u našem slučaju, polugu). Dvije snage djeluju na njega: težina robe p i sila f (elastičnost proljeća dinamometra) tako da se ručica u ravnoteži i trenuci tih sila trebaju biti jednaki modulu bakra. Apsolutne vrijednosti momenata sila F i P u skladu s tim odrediti će:

U laboratorijskim uvjetima za mjerenje s određenim stepenom tačnosti, moguće je koristiti malu, ali masivnu metalnu kuglu suspendirana na niti dužine 1-1,5 m (ili više, ako postoji prilika za postavljanje takvog suspenzije ) i odbiti ga u mali ugao. Rad rada je u potpunosti jasan iz opisa u udžbeniku.

Mjerenje znači: Štoperica (Δt \u003d ± 0,5 s); Linija ili mjerna traka (ΔL \u003d ± 0,5 cm)

Ministarstvo obrazovanja Ruske Federacije

Aerospace saiberijskim stanjem

ime akademik M.F. Reshetnyova

Odeljenje za tehničku fiziku

Laboratorijski rad broj 8.

Četverostrana metoda mjerenja otpornosti poluvodiča

Metodička uputstva za laboratorijski rad u kursu "Solid-State Electronics"

Kompajler: Paršin A.S.

Krasnojarsk 2003.

Laboratorijski rad broj 8. Metoda četvero kupovine mjerenja otpornosti poluvodiča1

Teorija metode . 1

Eksperimentalna instalacija . 3

Postupak za obavljanje poslova .. 5

Zahtjevi za izvještavanje . 7

Kontrolna pitanja .. 7

Literatura . 7

Laboratorijski rad broj 8. Četvero član Metoda mjerenja otpornosti poluvodiča

Svrha rada: Studija o temperaturnom zavisnošću od specifičnog otporan na električno Poluvodič je četvero-livada metoda, određivanje širine zabranjene poluvodičke zone.

Teorija metode

Četvero član Način mjerenja otpornosti poluvodiča je najčešće. Prednost ove metode je da ne zahtijeva stvaranje ohmičkih kontakata u uzorku, moguće je izmjeriti otpor uzoraka najraznolike oblika i veličina. Stanje njegove upotrebe u smislu uzorka je prisustvo ravne površine, čije linearne dimenzije su superiorne od linearnih dimenzija sustava sonde.

Dijagram mjerenja otpora četvero-zvučnom metodom prikazan je na slici. 1. Na ravnoj površini uzorka uz ravnu liniju postavljaju se četiri metalne sonde s malim kvadratnim kvadratnim kontaktom. Udaljenosti između sondi s 1 , s 2. i s 3. . Kroz vanjske sonde 1 i 4 Zalijepi električnu struju I 14. Na unutrašnjim sondama 2 i 3 Izmjerite razlike potencijala U 23. . Prema izmjerenim vrijednostima I 14. i U 23. Možete odrediti otpornost poluvodiča.

Da biste pronašli izračunatu formulu za otpornost, prvo razmotrimo problem potencijalne distribucije oko pojedinačne točke sonde (Sl. 2). Da biste rešili ovaj problem, potrebno je zabilježiti relače jednadžbu u sfernom koordinatnom sustavu, jer Potencijalna distribucija ima sfernu simetriju:

.(1)

Rješenje jednadžbe (1), pod uvjetom da je potencijal za r \u003d 0. pozitivno, ima tendenciju za nulu, sa vrlo velikim r. Ima sljedeći izgled

Stalna integracija Od Može se izračunati iz stanja za čvrstoću električnog polja E. Neka udaljenost od sonde r \u003d r 0 :

.

Budući da gustoća struje koja teče kroz polumjer hemisfere r 0 , j \u003d.I./(2π.r 0 2), a u skladu sa Zakonom OHM-a j \u003d.E./ρ T. E.(r 0)=I ρ. / (2π r 0 2).

Na ovaj način

Ako je radijus kontakta r 1. , zatim potencijal svog ostrva

Očito, ista vrijednost ima potencijal na uzorku na mjestu svog kontakta sa sondom. Prema formuli (3), slijedi da se glavni pad napona pojavljuje u regiji za prijavu i, prema tome, vrijednosti trenutnog protoka kroz uzorak određene su otpornošću na područje Involne. Dužina ovog područja je manje od manje radijusa sonde.

Električni potencijal na bilo kojoj točki uzorka može se naći kao algebarska količina potencijala stvorenih na ovom trenutku svake sonde. Za trenutnu tekući uzorak potencijal ima pozitivnu vrijednost, a za struju teče iz uzorka negativno je. Za sistem sondi prikazanih na slici. 1, potencijali mjernih sondi 2 i 3

;

.

Potencijalna razlika između mjernih kontakata 2 i 3

Otuda specifični otpor uzorka

.(5)

Ako su udaljenosti između sondi iste, i.e. s 1 \u003d s 2 \u003d s 3 \u003d s T.

Dakle, za mjerenje specifične otporan na električno Uzorak od strane četverotvrdbe metode je dovoljno za mjerenje udaljenosti između sondi s. , pad napona U 23. O mjernim sondama i strujom koja teče kroz uzorak I 14. .

Eksperimentalna instalacija

Mjerna instalacija se implementira na temelju univerzalnog laboratorija. U ovom laboratorijskom radu koriste se sljedeći uređaji i oprema:

1. Termalna komora sa uzorkom i mjernom glavom;

2. DC Izvor TD-41;

3. Izvor stalnog napona B5-47;

4. Univerzalni digitalni voltmetri B7-21A;

5. Povezivanje žica.

Dijagram eksperimentalne instalacije prikazan je na Sl. 3.

Uzorak je postavljen na mjernu tablicu termokamera. Mjerna glava pritisnuta je opružnim mehanizmom manipulatora na ravnu poliranu površinu uzorka. Unutar mjerne tablice nalazi se grijač, čija se snaga provodi iz stabiliziranog izvora DC-41 DC, radi u trenutnom stabilizacijskom režimu. Temperatura uzorka kontrolira termoelemen ili toplinska otpornost. Da biste ubrzali postupak mjerenja, možete koristiti ocjene predstavljene u prilogu koji vam omogućava da odredite temperaturu uzorka za struju grijača. Veličina struje grijača mjeri se apermetrom ugrađenim u trenutni izvor.

Trenutno putem kontakata 1 i 4 Napravljeno pomoću podesivog stabiliziranog DC izvora B7-47 i kontrolira ga univerzalni digitalni uređaj B7-21A, na ammeterskom režimu. Napon koji nastaje između mjernih sondi 2 i 3 zabilježen je visoko usklađenim digitalnim voltmetrom B7-21a. Mjerenja Potrebno je dovesti do najniže struje kroz uzorak, određenu mogućnošću mjerenja niskih napona. Prilikom visokih struja, uzorak je grijanje, iskrivljavanje rezultata mjerenja. Smanjenje operativne struje istovremeno smanjuje modulaciju provodljivosti uzorka uzrokovana ubrizgavanjem nosača punjenja prilikom trenutnog protoka.

Glavni problem prilikom mjerenja otporan na električno Zaštitne metode su problem kontakata. Za uzorke visokog vakuuma, ponekad je potrebno izvesti električno oblikovanje kontakata za dobivanje male kontakt otpornosti. Kalupanje kontakata mjerne sonde vrši se kratkoročnim opskrbom stalnom sondom za mjerenje napona nekoliko desetaka ili čak stotine volti.

Postupak za obavljanje poslova

1. Upoznajte se s opisom instrumenata potrebnih za obavljanje poslova. Prikupite dijagram mjerne jedinice prema Sl. 3. Kada su povezani univerzalnim voltmetrima B7-21a, obratite pažnju na to treba raditi u načinu mjerenja napona, drugi - trenutno mjerenje. Na dijagramu su označeni ikonama " U " i " Ja " Respektivno. Provjerite ispravnu instalaciju načina prekidača na ove uređaje.

2. Nakon provjere ispravnosti montaže mjerne instalacije, nastavnik ili inženjer uključuje voltmetere i izvor napona B7-47.

3. Ugradite izvorni napon B7-47 jednak 5V. Ako napon i snaga struje na uzorku mijenjaju se s vremenom, zatim uz pomoć nastavnika ENSTERN-a Električne oblikovanje kontakata mjerne sonde.

4. Izvršite mjerenja pada napona U. + 23 I. U. - 23 za različite struje I 14. . Dobivene vrijednosti napona su prosječne za eliminiranje uzdužnog termo-eMF-a koji se javlja na uzorku zbog gradijenta temperature. Eksperimentalni podaci i proračuni vrijednosti napona su u tablici 1.

Tabela 1 obrazac

	Ja neder, i	T,K.	Ja 14, ma	U. + 23 , U	U. – 23 , U

5. Ponovite mjerenja na različitoj temperaturi uzorka. Da biste to učinili, morate instalirati struju grijača termokamera I. nat\u003d 0,5 a, pričekajte 5-10 minuta, tako da se temperatura uzorka stabilizira i zabilježi očitanja instrumenta u tablici 1. Temperatura uzorka određuje se krivuljnom diplomom predstavljenom u aplikaciji.

6. Slično tome, mjerenja su uzastopno za trenutne vrijednosti grijača 0.9, 1.1, 1.2, 1.5, 1.8 A. Rezultati svih mjerenja su u tablici 1.

7. Obradite dobijene eksperimentalne rezultate. Da biste to učinili, koristeći rezultate predstavljene u tablici 1, izračunajte 10 3 / t Specifično otporan na električno uzorak na svakoj temperaturi ρ Po formuli (6), specifična provodljivost

prirodni logaritam električne provodljivosti ln. σ . Svi rezultati izračuna bit će uključeni u tablicu 2.

Obrazac tablice 2

	T, K.	, K -1.	ρ, ohm · m	Σ, (Ohm ·m) -1.	Σ Σ.

8. Izgradite raspored ovisnosti. Analizirajte tok krivulja, označite područje nečistoće i vlastite provodljivosti. Kratak opis zadatka postavljenog u radu;

· mjerenje sheme instalacije;

· rezultati mjerenja i izračuna;

· raspored ovisnosti;

· analiza dobivenih rezultata;

· zaključci za rad.

Kontrolna pitanja

1. Poluprovodnici vlastitih i nečistoća. Zone Struktura vlastitog i nečistoće poluvodiča. Širina zabranjene zone. Aktivacijska energija nečistoća.

2. Mehanizam električne provodljivosti izmirki i nečistoće poluvodiča.

3. Ovisnost temperature električne provodljivosti vlastitih poluvodiča.

4. Ovisnost temperature električne provodljivosti poluvodiča nečistoće.

5. Određivanje širine zabranjene zone i energije aktiviranja nečistoća na temperaturnu ovisnost električne provodljivosti.

6. Četvero član Metoda mjerenja otporan na električno Poluvodiči: opseg, njegove prednosti i nedostaci.

7. Zadatak raspodjele potencijala električnog polja u blizini sonde.

8. Izlaz izračunate formule (6).

9. Shema i princip rada eksperimentalne instalacije.

10. Objasnite eksperimentalno pribavljeni raspored ovisnosti, kako je ovaj raspored odredio širinu zabranjene zone?

Literatura

1. Pavlov L.P. Metode za mjerenje parametara poluvodičkih materijala: udžbenik za univerzitete. - M.: Viši. Shk., 1987.- 239 str.

2. Lysov V.F. Radionica o fizici poluvodiča. -M.: Prosvetljenje, 1976.- 207 str.

3. Epifanov G.i., Moma yu.a. Solid-State Electronics: prolaz. Za studente univerziteta. - M.: Viši. Shk., 1986.- 304 str.

4. Kittel Ch. Uvod u čvrstu fiziku. - M.: Nauka, 1978.- 792 str.

5. Shalimava K.V. Poluprovodnička fizika: Tutorial za univerzitete. - M.: Energija, 1971.- 312 str.

6. Friedrikhov S.A., Pokretač S.M. Fizičke osnove elektroničke tehnologije: udžbenik za univerzitete. - M.: Viši. Shk., 1982.- 608 str.