W tej lekcji rozważymy praktyczne zastosowanie wiedzy uzyskanej na przykładzie pracy laboratoryjnej w fizyce w celu pomiaru specyficznej pojemności ciała stałego. Zapoznamy się z głównym wyposażeniem, który będzie niezbędny do tego doświadczenia i rozważyć technologię praktycznej pracy nad pomiarami wielkości fizycznych.

1. Ustaw metalowy cylinder do szklanki ciepłą wodą i pomiaru jego temperatury do temperatury. Będzie równa temperaturze cylindra, ponieważ w pewnym momencie temperatury wody i przychodzi cylinder.

2. Następnie wejdź na zimną wodę do kalorymetru i zmierzyć jego temperaturę.

3. Po tym cylinder związany z nicią w kalorymetrze z zimną wodą i mieszając wodą w nim termometrem, mierzoną temperaturę stabilną w wyniku wymiany ciepła (rys. 6).

Figa. 6. Struktura pracy laboratoryjnej

Zmierzona stała temperatura skończonej w kalorymetrze i pozostałych danych pozwoli nam obliczyć określoną pojemność cieplną metalu, z którego wykonany jest cylinder. Oblicz żądaną kwotę, opieramy się na fakcie, że chłodzenie, cylinder daje dokładnie taką samą ilość ciepła, który otrzymuje się wodą po podgrzaniu, tak zwana wymiana ciepła występuje (rys. 7).

Figa. 7. Wymiana ciepła

W związku z tym uzyskujemy następujące równania. W przypadku ogrzewania wodnego jest to konieczne do ilości ciepła:

Gdzie:

Specyficzna pojemność ciepła (wartość tabeli);

Masa wody, która może być określona przez wagi, kg;

Końcowa temperatura wody i cylindra, mierzona za pomocą termometru, o;

Początkowe temperatura zimnej wody, mierzona za pomocą termometru, o.

Po ochłodzeniu metalowego cylindra wybrano ilość ciepła:

Gdzie:

Specyficzna pojemność cieplna metalu, z którego wykonany jest cylinder (żądana wartość);

Masa cylindra, która może być określona wagowo, kg;

Temperatura gorącej wody, a odpowiednio, początkową temperaturę cylindra, mierzona za pomocą termometru, O;

Końcowa temperatura wody i cylindra, mierzona za pomocą termometru, o.

Komentarz.W obu formułach odliczamy od większej temperatury mniej w celu określenia wartości dodatniej ilości ciepła.

Jak wspomniano wcześniej, w procesie wymiany ciepła, ilość ciepła otrzymanego przez wodę jest równa ilości ciepła, które dało metalowy cylinder:

W związku z tym specyficzna pojemność cieplna materiału cylindra:

Wyniki uzyskane w dowolnej pracy laboratoryjnej są dogodnie zarejestrowane w tabeli i uzyskanie uśrednionego maksymalnego przybliżonego wyniku kilku pomiarów i obliczeń. W naszym przypadku tabela może wyglądać następująco:

Masa wodna w kalorymetrze	Temperatura wody wyjściowej	Cylinder masowy	Początkowa temperatura cylindra	Końcowa temperatura

Wynik:obliczona wartość określonej pojemności ciepła materiału cylindra.

Dziś przeglądaliśmy metodę prowadzenia prac laboratoryjnych na pomiarze określonej pojemności stałej. W następnej lekcji porozmawiamy o uwolnieniu energii, gdy spalanie paliwa.

Bibliografia

GENENENDESTEIN L.E, KAIDALOV AB, KOZHEVNIKOV V.B. / Ed. Orlova V.a., Roizen I.I. Fizyka 8. - m.: Mnemozin.
Pryrickin a.v. Fizyka 8. - M.: Drop, 2010.
Fadeeva A.a., Zasov A.v., Kiselev D.F. Fizyka 8. - M.: Oświecenie.

Portal internetowy "5TERKA.com" ()
Portal internetowy "K2x2.info" ()
Portal internetowy "Youtube.com" ()

Zadanie domowe

Na której z etapów prac laboratoryjnych jest prawdopodobieństwo uzyskania największego błędu pomiaru?
Jakie powinny być materiały i urządzenie kalorymetru, aby uzyskać najdokładniejsze wyniki pomiarów?
* Zaproponuj swoją metodologię pomiaru specyficznej pojemności cieplnej płynu.

Praca laboratoryjna numer 8 "Pomiar wolnego spadku przy użyciu wahadła".

CEL: Oblicz przyspieszenie wolnego wypadu z formuły do \u200b\u200bokresu oscylacyjnego wahadła matematycznego:

Aby to zrobić, konieczne jest zmierzenie okresu oscylacji i długości zawiesiny wahadła. Następnie, z formuły (1), możesz obliczyć przyspieszenie wolnego jesieni:

Zmierzenie:

1) zegarek z drugą strzałką;

2) Taśma pomiarowa (Δ L \u003d 0,5 cm).

Materiały: 1) Piłka z otworem; 2) wątek; 3) Tripod z sprzęgiem i pierścieniem.

Procedura wykonywania pracy

1. Zainstaluj statyw na krawędzi stołu. Na jego górnym końcu wzmocnić pierścień z sprzęgiem i powiesić piłkę na wątku. Piłka powinna zawiesić się w odległości 3-5 cm od podłogi.

2. Odkręć wahadło z pozycji równowagi o 5-8 cm i zwolnij go.

3. Zmierz długość zawiesiny z taśmą pomiarową.

4. Zmierz czas ΔT 40 kompletnych oscylacji (n).

5. Powtórz pomiar Δt (bez zmiany warunków eksperymentalnych) i znajdź średnią wartość Δt środa.

6. Oblicz średnia wartość okresu oscylacyjnego T CP o średnią wartość ΔT CP.

7. Oblicz wartość G CP według wzoru:

8. Otrzymaj wyniki do tabeli:

Pokój	l, M.	N.	ΔT, S.	ΔT śluba, z

9. Porównaj wynikową wartość średniej dla G CP z wartością G \u003d 9,8 m / s 2 i obliczyć względny błąd pomiaru według wzoru:

Po zbadaniu przebiegu fizyki często musiałeś wykorzystać w rozwiązywaniu problemów i innych obliczeniach wartość przyspieszenia wolnego spadku na powierzchni Ziemi. Wartość Wartość G \u003d 9,81 m / s 2, czyli z dokładnością, która jest wystarczająca dla wytwarzanych obliczeń.

Celem tej pracy laboratorium jest eksperymentalne ustawienie przyspieszenia wolnego spadku przy użyciu wahadła. Znając formułę okresu oscylacji wahadła matematycznego t \u003d

możesz wyrazić wartość G przez wartości dostępne do prostego zakładu przez eksperyment i obliczyć G z pewną dokładnością. Wyrazić

gdzie L jest długością zawieszenia, a T jest okresem oscylacji wahadłowych. Okres oscylacji wahadła T jest łatwy w celu ustalenia, pomiaru T, konieczne do popełnienia pewnej liczby pełnych oscylacji wahadła

Idelum matematyczny nazywany jest ładunkiem zawieszonym na cienki nieopłacalny wątek, których wymiary są znacznie mniejsze niż długość gwintu, a masa jest znacznie więcej niż masa nici. Odchylenie tego ładunku od pionu występuje na nieskończenie małym kącie, a tarcie jest nieobecne. W prawdziwych warunkach formuła

ma przybliżony charakter.

Rozważaj takie ciało (w naszym przypadku dźwignia). Dwa siły działają na nim: waga towarów P i siła f (elastyczność sprężyny dynamometru), tak że dźwignia znajduje się w równowadze, a chwile tych sił powinny być równe modułu miedzi. Wartości bezwzględne momentów sił F i P będą określone odpowiednio:

W warunkach laboratoryjnych do pomiaru z pewnym stopniem dokładności możliwe jest użycie małej, ale masywnej metalowej kulki zawieszonej na gwincie o długości 1-1,5 m (lub więcej, jeśli istnieje możliwość umieszczenia takiej zawiesiny ) i odrzuć go do małego kąta. Praca pracy jest całkowicie jasna od opisu w podręczniku.

Środki pomiarowe: stoper (Δt \u003d ± 0,5 s); Taśma liniowa lub pomiarowa (ΔL \u003d ± 0,5 cm)

Ministerstwo Edukacji Federacji Rosyjskiej

Siberian State Aerospace University

nazwa akademika m.f. Reshetnyova.

Katedra Fizyki Technicznej

Laboratoryjna praca numer 8.

Czterostronna metoda mierzenia odporności półprzewodników

Instrukcje metodyczne do pracy laboratoryjnej w kursie "Elektronika Solidna"

Kompilator: Parshin A.S.

Krasnojarsk 2003.

Laboratoryjna praca numer 8. Czteroplanowa metoda pomiaru odporności półprzewodników1

Teoria metody . 1

Instalacja eksperymentalna . 3

Procedura wykonywania pracy .. 5

Wymagania dotyczące raportowania . 7

Pytania kontrolne. .. 7

Literatura . 7

Laboratoryjna praca numer 8. Czteropłodzie Metoda pomiaru odporności półprzewodników

Cel pracy: Badanie zależności temperatury specyficznego odporny na elektryczność. Półprzewodnik jest metodą cztery łąki, określając szerokość zakazanej strefy półprzewodnika.

Teoria metody

Czteropłodzie Najczęstsza jest metoda pomiaru oporności na półprzewodnikom. Zaletą tej metody jest to, że nie wymaga utworzenia kontaktów OHMIC do próbki, możliwe jest zmierzenie odporności próbek najbardziej zróżnicowanego kształtu i rozmiarów. Warunkiem jego zastosowania pod względem kształtu próbki jest obecność płaskiej powierzchni, której liniowe wymiary są lepsze od liniowych wymiarów systemu sond.

Schemat pomiaru rezystancji metodą czteroosobową jest prezentowany na FIG. 1. Na płaskiej powierzchni próbki umieszczono cztery sondy metalowe z małym kwadratem kontaktu. Odległości między sondami s 1. , s 2. i s 3. . Przez sondy zewnętrzne 1 i 4 Paste prąd elektryczny I 14. na sondach wewnętrznych 2 i 3 Zmierzyć potencjał różnicy U 23. . Zgodnie z zmierzonymi wartościami I 14. i U 23. Możesz określić oporność półprzewodnika.

Aby znaleźć obliczoną formułę rezystywności, po raz pierwszy rozważamy problem potencjalnego rozkładu wokół pojedynczej sondy punktowej (rys. 2). Aby rozwiązać ten problem, od tego czasu konieczne jest rejestrowanie równania Laplace'a w układzie współrzędnych sferycznych Potencjalna dystrybucja ma symetrię sferyczną:

.(1)

Rozwiązanie równania (1), pod warunkiem że potencjał r \u003d 0. pozytywny, ma tendencję do zera, z bardzo dużym r. Ma następujący wygląd

Ciągła integracja Z można obliczyć od stanu siły pola elektrycznego MI. Pewna odległość od sondy r \u003d r 0 :

Ponieważ gęstość prądu płynąca przez promień półkuli r 0. , j \u003d.JA./(2π.r 0. 2) i zgodnie z prawem OHM j \u003d.MI./ρ T. MI.(r 0.)=I ρ. / (2π r 0. 2).

W ten sposób

Jeśli promień kontaktu r 1. , potencjalny potencjał swojej wyspy

Oczywiście ta sama wartość ma potencjał na próbce w punkcie kontaktu z sondą. Zgodnie z wzorem (3), wynika z tego, że główny spadek napięcia występuje w regionie odprawy, a zatem wartości prądu przepływającego przez próbkę są określane przez odporność regionu Involne. Długość tego obszaru jest mniejsza niż mniej promienia sondy.

Potencjał elektryczny w dowolnym punkcie próbki można znaleźć jako algebraiczną ilość potencjałów utworzonych w tym punkcie każdej sondy. Dla prądu przepływającego do próbki potencjał ma wartość dodatnią, a dla prądu płynącego z próbki jest ujemny. Do systemu sond pokazanych na FIG. 1, potencjały sond pomiarowych 2 i 3

;

Różnica potencjału między stykami pomiarowymi 2 i 3

Stąd specyficzny odporność na próbkę

.(5)

Jeśli odległości między sondami są takie same, tj. s 1 \u003d S 2 \u003d S 3 \u003d s T.

Tak więc zmierzyć konkretne odporny na elektryczność. Próbka metodą czterołączą jest wystarczająca, aby zmierzyć odległość między sondami s. , spadek napięcia U 23. Na sondach pomiarowych i prądu przepływu przez próbkę I 14. .

Instalacja eksperymentalna

Instalacja pomiarowa jest realizowana na podstawie uniwersalnego stoiska laboratoryjnego. W tych pracach laboratoryjnych stosuje się następujące urządzenia i urządzenia:

1. Komora termiczna z próbką i głowicą pomiarową;

2. Źródło DC TD-41;

3. Źródło napięcia stałego B5-47;

4. Universal Digital Volttere B7-21a;

5. Podłączanie przewodów.

Schemat blokowy instalacji eksperymentalnej jest pokazany na FIG. 3.

Próbka jest umieszczona na tabeli pomiarowej termokamery. Głowica pomiarowa jest naciśnięta mechanizmem sprężynowym manipulatora do płaskiej polerowanej powierzchni próbki. Wewnątrz tabeli pomiarowej znajduje się nagrzewnica, której moc jest prowadzona z stabilizowanego źródła DC-41 DC, działająca w trybie stabilizacji bieżącej. Temperatura próbki jest sterowana przez termopara lub opór termiczny. Aby przyspieszyć proces pomiarowy, można użyć stopniowych krzywych przedstawionych w załączniku, który umożliwia określenie temperatury próbki prądu podgrzewacza. Wielkość prądu grzejnego mierzona jest przez amperometr wbudowany w bieżące źródło.

Prąd za pomocą kontaktów 1 i 4 Utworzono stosowanie regulowanego stabilizowanego źródła DC B7-47 i jest sterowany przez uniwersalne urządzenie cyfrowe B7-21a, w trybie amperomierza. Napięcie wynikające między sondami pomiarowymi 2 a 3 jest rejestrowane przez wysoko wyrównany woltomierz cyfrowy B7-21A. Pomiary Konieczne jest prowadzenie do najniższego prądu przez próbkę, określoną przez możliwość pomiaru niskich napięć. Przy dużych prądach próbka ogrzewa, zniekształcająca wyniki pomiarów. Redukcja prądu roboczego w tym samym czasie zmniejsza modulację przewodności próbki spowodowanej przez wstrzyknięcie nośników ładunku, gdy przepływ prądu.

Główny problem podczas pomiaru odporny na elektryczność. Metody ochronne są problemem kontaktów. W przypadku próbek o wysokiej próżni, czasami konieczne jest przeprowadzenie formowania elektrycznego kontaktów w celu uzyskania małej odporności na kontakt. Formowanie styków sondy pomiarowej odbywa się przez krótkotrwałą dostawę do stałego sondy pomiarowej kilkudziesięciu lub nawet setek woltów.

Procedura wykonywania pracy

1. Zapoznaj się z opisem instrumentów potrzebnych do wykonania pracy. Zbierz diagram jednostki pomiarowej zgodnie z FIG. 3. Po podłączeniu przez uniwersalne woltomieta B7-21a, zwróć uwagę na to, że należy pracować w trybie pomiaru napięcia, drugi pomiar bieżący. Na diagramie są wskazane przez ikony " U " i " JA " odpowiednio. Sprawdź poprawną instalację przełącznika trybu na tych urządzeniach.

2. Po sprawdzeniu poprawności montażu instalacji pomiarowej nauczyciel lub inżynier obejmuje woltomiety i źródło napięcia B7-47.

3. Zainstaluj napięcie źródła B7-47 równe 5V. Jeśli napięcie i wytrzymałość prądu na próbce zmieniają się w czasie, a następnie za pomocą nauczycieli formowania elektrycznego styków sondy pomiarowej.

4. Przeprowadzaj pomiary spadku napięcia U. + 23 I. U. - 23 dla różnych prądów I 14. . Uzyskane wartości napięcia są uśredniane dla COS wyeliminowanie wzdłużnego Thermo-EMF, który występuje na próbce z powodu gradientu temperatury. Dane eksperymentalne i obliczenia wartości napięcia znajdują się w tabeli 1.

Tabela 1 Forma

	I Nerder i	T,K.	I 14, MA	U. + 23 , W	U. – 23 , W

5. Powtórz pomiary w innej temperaturze próbki. Aby to zrobić, musisz zainstalować prąd nagrzewnicy termokamerycznej JA. gderać\u003d 0,5 A, odczekać 5-10 minut, tak że temperatura próbki zostanie ustabilizowana i nagrywanie odczytów przyrządów w tabeli 1. Temperatura próbki jest określona przez krzywą ukończenia ukończenia się w aplikacji.

6. Podobnie pomiary są kolejno do wartości prądu podgrzewacza 0,9, 1,1, 1,2, 1,5, 1.8 A. Wyniki wszystkich pomiarów znajdują się w tabeli 1.

7. Przetwarzaj uzyskane wyniki eksperymentalne. Aby to zrobić, używając wyników przedstawionych w tabeli 1, obliczają 10 3 / t Konkretny odporny na elektryczność. próbka w każdej temperaturze ρ Według wzoru (6), specyficzna przewodność

naturalny logarytm przewodności elektrycznej ln. σ . Wszystkie wyniki obliczeń zostaną zawarte w tabeli 2.

Formularz tabeli 2.

	T, k.	, K-1.	ρ, ohm · m	σ, (ohm ·m) -1.	ln σ.

8. Zbuduj harmonogram zależności. Przeanalizuj przebieg krzywych, zaznacz obszar zanieczyszczenia i własnej przewodności. Krótki opis zadania ustawionego w pracy;

· pomiar schematu instalacji;

· wyniki pomiarów i obliczeń;

· harmonogram zależności;

· analiza uzyskanych wyników;

· wnioski do pracy.

Pytania kontrolne.

1. Półprzewodniki własne i nieczyste. Struktura strefy półprzewodników własnych i zanieczyszczeń. Szerokość strefy zabronionej. Energia aktywacji zanieczyszczeń.

2. Mechanizm przewodności elektrycznej półprzewodnikach własnych i zanieczyszczeń.

3. Zależność temperatury przewodności elektrycznej własnych półprzewodników.

4. Zależność od temperatury przewodności elektrycznej półprzewodników.

5. Określenie szerokości strefy zabronionej i energii aktywacji zanieczyszczeń w zależności od temperatury przewodności elektrycznej.

6. Czteropłodzie Metoda pomiaru odporny na elektryczność. Półprzewodniki: zakres, jego zalety i wady.

7. Zadaniem dystrybucji potencjału pola elektrycznego w pobliżu sondy.

8. Wyjście obliczonej wzoru (6).

9. Schemat i zasada działania instalacji eksperymentalnej.

10. Wyjaśnij eksperymentalnie uzyskany harmonogram zależności, w jaki sposób ten harmonogram określił szerokość zabronionej strefy?

Literatura

1. Pavlov L.P. Metody pomiaru parametrów materiałów półprzewodnikowych: podręcznik do uniwersytetów. - m.: Wyższy. Squ., 1987.- 239 p.

2. Lysov V.f. Warsztaty na temat fizyki półprzewodników. -M.: Oświecenie, 1976.- 207 p.

3. Epifanov G.i., Moma Yu.a. Elektronika Solid-State: Fragment. Dla studentów uniwersytetów. - m.: Wyższy. Squ., 1986.-304 p.

4. Kittel Ch. Wprowadzenie do fizyki stałej. - M.: Science, 1978.- 792 p.

5. SHALIMOVA K.V. Fizyka półprzewodnikowa: samouczek na uniwersytety. - M.: Energia, 1971.- 312 p.

6. Friedrikhov S.a., Moving S.M. Fizyczne podstawy technologii elektronicznej: podręcznik do uniwersytetów. - m.: Wyższy. Shk., 1982.- 608 p.