background image

Laboratorium Podstaw Fizyki 

Nr ćwiczenia: 44 

Temat ćwiczenia:  Pomiar zależności oporu metali i półprzewodników od temperatury 

Nazwisko i Imię prowadzącego kurs:  

Wykonawca: 

 

 

Imię i Nazwisko 

nr indeksu, wydział 

 

 

 

Termin zajęć: dzień tygodnia, godzina 

 

Numer grupy ćwiczeniowej 

 

Data oddania sprawozdania: 

 

Ocena końcowa 

 

 

Zatwierdzam wyniki pomiarów.  
Data i podpis prowadzącego zajęcia ............................................................  
 
Adnotacje dotyczące wymaganych poprawek oraz daty otrzymania  
poprawionego sprawozdania  
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

Cel ćwiczenia 

Głównym  celem  ćwiczenia  było  pomiar  wartości  oporu  metalu  i  półprzewodnika  w  funkcji  temperatury  oraz 
wyznaczenie  temperaturowego  współczynnika  rezystancji  (oporu)  metalu  i  szerokości  przerwy  energetycznej 
w półprzewodniku. 
 

Pomiary dla metalu 

 

 

 

∆t 

∆R 

∆a 

∆b 

α 

∆α 

∆α/α 

[°C]  [°C]  [Ω]  [Ω]  [Ω/°C]  [Ω/°C]  [Ω]  [Ω] 

[°C

-1

[°C

-1

[%] 

33,0  0,5  112,8  0,7  0,25  0,011  103,5  0,8  24,32*10

-4

  1,15*10

-4

  4,72% 

38,0  0,5  114,7  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

43,0  0,5  114,6  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

48,0  0,5  115,1  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

53,0  0,5  116,1  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

58,0  0,5  117,2  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

63,0  0,5  118,5  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

68,0  0,5  119,8  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

73,0  0,5  121,2  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

78,0  0,5  122,7  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

83,0  0,5  124,2  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

88,0  0,5  125,8  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

93,0  0,5  127,4  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

98,0  0,5  128,9  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

100,0  0,5  129,6  0,7 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 

y = 0,2517x + 103,51 

110

115

120

125

130

30

40

50

60

70

80

90

100

R

 [

t [°C] 

R=f(t) 

background image

Pomiary dla półprzewodników 

 

 

 

∆t 

∆T  1000/T  Δ(1000/T) 

∆R  InR 

ΔInR 

[°C]  [°C]  [K] 

[K] 

[K

-1

[K

-1

[Ω]  [Ω]  [Ω] 

[Ω] 

33,0  0,5  306,0  0,5  3,2680 

0,0054 

92,4  0,6  4,530  0,006 

38,0  0,5  311,0  0,5  3,2154 

0,0053 

91,2  0,6  4,510  0,006 

43,0  0,5  316,0  0,5  3,165 

0,005 

81,0  0,6  4,390  0,006 

48,0  0,5  321,0  0,5  3,115 

0,005 

77,0  0,5  4,340  0,007 

53,0  0,5  326,0  0,5  3,068 

0,005 

71,1  0,5  4,260  0,007 

58,0  0,5  331,0  0,5  3,021 

0,005 

64,8  0,5  4,170  0,007 

63,0  0,5  336,0  0,5  2,9762 

0,0045 

58,6  0,4  4,070  0,007 

68,0  0,5  341,0  0,5  2,9326 

0,0044 

52,7  0,4  3,960  0,007 

73,0  0,5  346,0  0,5  2,8902 

0,0043 

47,4  0,4  3,860  0,007 

78,0  0,5  351,0  0,5  2,8490 

0,0042 

42,4  0,4  3,750  0,008 

83,0  0,5  356,0  0,5  2,809 

0,004 

38,8  0,3  3,660  0,008 

88,0  0,5  361,0  0,5  2,770 

0,004 

33,7  0,3  3,520  0,008 

93,0  0,5  366,0  0,5  2,732 

0,004 

30,1  0,3  3,400  0,009 

98,0  0,5  371,0  0,5  2,695 

0,004 

26,9  0,3  3,290  0,009 

100,0  0,5  373,0  0,5  2,681 

0,004 

25,6  0,3  3,240  0,009 

 

∆A 

Eg  

∆Eg  

[K] 

[K] 

[J] 

[eV] 

[J] 

[eV] 

2,2691  0,09342  6,27*10

-20

  0,4  2,58*10

-21

  0,02 

 
 

y = 2,2691x - 2,7532 

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

2,6500

2,7500

2,8500

2,9500

3,0500

3,1500

3,2500

ln

 R

1

 

1000/T [K

-1

ln R

1

 =f(1000/T) 

background image

 

 

∆t 

∆T  1000/T  Δ(1000/T) 

∆R 

InR 

ΔInR 

[°C]  [°C]  [K] 

[K] 

[K

-1

[K

-1

[Ω] 

[Ω] 

[Ω] 

[Ω] 

33,0  0,5  306,0  0,5  3,2680 

0,0054 

21,40  0,21  3,06  0,01 

38,0  0,5  311,0  0,5  3,2154 

0,0053 

18,40  0,19  2,910  0,011 

43,0  0,5  316,0  0,5  3,165 

0,005 

18,70  0,19  2,930  0,011 

48,0  0,5  321,0  0,5  3,115 

0,005 

17,70  0,19  2,870  0,011 

53,0  0,5  326,0  0,5  3,068 

0,005 

16,30  0,18  2,790  0,012 

58,0  0,5  331,0  0,5  3,021 

0,005 

15,00  0,18  2,710  0,012 

63,0  0,5  336,0  0,5  2,9762 

0,0045 

13,60  0,17  2,610  0,013 

68,0  0,5  341,0  0,5  2,9326 

0,0044 

12,40  0,16  2,520  0,014 

73,0  0,5  346,0  0,5  2,8902 

0,0043 

11,20  0,16  2,420  0,014 

78,0  0,5  351,0  0,5  2,8490 

0,0042 

10,10  0,15  2,31  0,02 

83,0  0,5  356,0  0,5  2,809 

0,004 

9,20  0,15  2,22  0,02 

88,0  0,5  361,0  0,5  2,770 

0,004 

8,20  0,14  2,10  0,02 

93,0  0,5  366,0  0,5  2,732 

0,004 

7,50  0,14  2,01  0,02 

98,0  0,5  371,0  0,5  2,695 

0,004 

6,70  0,13  1,90  0,02 

100,0  0,5  373,0  0,5  2,681 

0,004 

6,50  0,13  1,870  0,021 

 

A[K] 

∆A[K] 

Eg [J] 

∆Eg [J] 

[K] 

[K] 

[J] 

[eV] 

[J] 

[eV] 

2,0469  0,09351  5,65*10

-20

  0,4  2,58*10

-21

  0,02 

 
 

y = 2,0469x - 3,5467 

1,80

2,00

2,20

2,40

2,60

2,80

3,00

3,20

2,65

2,75

2,85

2,95

3,05

3,15

3,25

ln

 R

2

  

1000/T [K

-1

ln R

2

= f(1000/T) 

background image

 

 

∆t 

∆T  1000/T  Δ(1000/T) 

∆R 

InR 

ΔInR 

[°C]  [°C]  [K] 

[K] 

[K

-1

[K

-1

[Ω] 

[Ω] 

[Ω] 

[Ω] 

33,0  0,5  306,0  0,5  3,2680 

0,0054 

40,1  0,3  3,690  0,008 

38,0  0,5  311,0  0,5  3,2154 

0,0053 

35,1  0,3  3,560  0,008 

43,0  0,5  316,0  0,5  3,165 

0,005 

34,6  0,3  3,540  0,008 

48,0  0,5  321,0  0,5  3,115 

0,005 

32,6  0,3  3,4800  0,0081 

53,0  0,5  326,0  0,5  3,068 

0,005 

29,9  0,3  3,4000  0,0083 

58,0  0,5  331,0  0,5  3,021 

0,005 

27,50  0,23  3,310  0,009 

63,0  0,5  336,0  0,5  2,9762 

0,0045 

25,10  0,23  3,220  0,009 

68,0  0,5  341,0  0,5  2,9326 

0,0044 

22,90  0,21  3,13 

0,01 

73,0  0,5  346,0  0,5  2,8902 

0,0043 

20,9  0,2 

3,04 

0,01 

78,0  0,5  351,0  0,5  2,8490 

0,0042 

19,0  0,2  2,940  0,011 

83,0  0,5  356,0  0,5  2,809 

0,004 

17,2  0,2  2,840  0,011 

88,0  0,5  361,0  0,5  2,770 

0,004 

15,6  0,2  2,750  0,012 

93,0  0,5  366,0  0,5  2,732 

0,004 

14,2  0,2  2,650  0,013 

98,0  0,5  371,0  0,5  2,695 

0,004 

12,9  0,2  2,560  0,013 

100,0  0,5  373,0  0,5  2,681 

0,004 

12,4  0,2  2,520  0,014 

 

∆A 

Eg 

∆Eg 

[K] 

[K] 

[J] 

[eV] 

[J] 

[eV] 

2,0049  0,07038  5,54*10

-20

  0,3  1,94*10

-21

  0,01 

 
 

Wzory i obliczenia 

Metal: 

Niepewność bezwzględna pomiaru oporu: 

                      

                                 [ ] 

 

y = 2,0049x - 2,7961 

2,40

2,60

2,80

3,00

3,20

3,40

3,60

3,80

2,65

2,75

2,85

2,95

3,05

3,15

3,25

ln

 R

3

 

1000/T [K

-1

ln R

3

= f(1000/T) 

background image

 

Wzór prostej wyznaczony przy pomocy programu Microsoft Excel i „regresja” : 

           

    (                )    (               ) 
 

Współczynnik oporu α: 

     

 

(         )               

 

           

 

           

 

              

 

 

   

 
 

 

   

      
      

          [

 

 

Niepewność bezwzględna współczynnika oporu (wyznaczony metodą różniczki zupełnej): 

     |

  

 

|   |

      

 

 

     |

       

      

|   |

               

      

 

|             [

 

 

 

Półprzewodniki: 

Obliczenia przykładowe zostały wykonane w oparciu o dane z tabelki dla R

1

Zmienna pomocnicza: 

   

    

 

 

   

    

   

         [

 

 

T – temperatura wyrażona w Kelwinach 

z – przyjęte oznaczenie zmiennej 

Niepewność bezwzględna zmiennej z (wyznaczona metodą różniczki zupełnej): 

    

    

 

 

     

    

    

   

 

                  [

 

 

Niepewność pomiaru oporu: 

                    

                                [ ] 

Zmienna pomocnicza: 

        

                  

background image

w – przyjęte oznaczenie zmiennej 

Błąd bezwzględny zmiennej w (wyznaczony metodą różniczki zupełnej): 

    

  

 

 

    

   

    

         

Wzór prostej wyznaczony przy pomocy programu Microsoft Excel i „regresja” : 

           

    (                )    (                ) 

 

Szerokość przerwy energetycznej: 

           

  

        

k – stała Boltzmanna   i 

k=1,3806*10

-23

  [J/K] 

           

  

             

   

                    

   

  [ ] 

Niepewność bezwzględna Eg (wyznaczona metodą różniczki zupełnej): 

            

  

         

            

  

             

   

                    

   

  [ ] 

Szerokość przerwy energetycznej wyrażona w elektronowoltach: 

                  

   

   [ ] 

              

   

 

 

            

   

        [  ] 

Analiza wyników i wnioski:  

Głównym  źródłem  błędów  pomiarowych  była  niedokładność  pomiaru  temperatury.  Miernik  miał  skalę 
o ziarnie równym 1 stopień,  a inercja grzałki powodowała, że nawet po jej wyłączeniu próbki rozgrzewały się 
jeszcze przez jakiś czas.   

Wyniki  pomiarów  świadczą  o  tym,  że  mierzyłyśmy  rezystancję  dla  trzech  próbek  półprzewodników  i  dla 
jednej  próbki  metalu.  W  próbce  metalowej  opór  rósł  wraz  ze  wzrostem  temperatury,  natomiast 
w półprzewodnikach  rezystancja  malała  wraz  ze  wzrostem  temperatury.  Uzyskane  wyniki  oraz  wykresy 
potwierdzają  liniową  zależność  między  wzrostem  temperatury  a  zmianą  oporności    metalu,  większość 
punktów  pomiarowych  leży  w  granicy  błędu  na  wyznaczonej  prostej.  Ponadto  widać  również,  że  wraz  ze 
wzrostem  temperatury  w  półprzewodnikach  zwiększa  się  liczba  elektronów  w  pasmie  przewodnictwa, 
ponieważ to dzięki temu maleje opór w próbce.