background image

PRZEBIEG DOŚWIADCZENIA  
 
Zmontowałam obiekt zgodnie ze schematem zamieszczonym w instrukcji do ćwiczenia. 

Następnie  wykonałam  pomiary  oporu  dla  próbek  drutu  miedzianego,  manganowego  i 

półprzewodnika (termistora) w zakresie temperatury rosnącej do 80C co 5C stopni i dla temperatury 
spadającej w tym samym zakresie. 

 

 

Literą Z oznaczono punkt wspólny połączenia wszystkich oporów 

(Pt) 

Rys. Schemat układu pomiarowego

 

background image

 

OPRACOWANIE WYNIKÓW 

Sporządziłam  wykresy  zależności  oporu  elektrycznego  R  od  temperatury  t  dla  drutu 

miedzianego (wykres 1) i dla drutu manganowego (wykres 2): 

 

 

Wartość temperaturowego współczynnika oporu miedzi i manganianu obliczyłam zgodnie ze 

wzorem:  

     

 

         

y = -0,0122x + 621,45 

619

619,5

620

620,5

621

621,5

622

20

30

40

50

60

70

80

O

pór

 

Temperatura 

Wykres 2 - zależność oporu eletrycznego od temperatury 

y = 0,7714x + 209,44 

220

230

240

250

260

270

280

15

25

35

45

55

65

75

O

pór

 

Temp 

Wykres 1 - Zależność oporu elektrycznego od temperatury 

background image

z  którego  po  przekształceniu  otrzymałam  następujący  wzór  na  wartość  temperaturowego 

współczynnika oporu: 

   

     

 

 

 

  

 

 

 

- pierwszy pomiar oporu (dla pierwszej odczytanej temperatury 

 

 

         ) 

  – ostatni pomiar oporu (dla ostatniej odczytanej temperatury  

 

      ) 

 

        

  

   

 

  

Po podstawieniu odpowiednich wartości otrzymałam następujące wyniki: 

 

      

 

         

                   

         

 

  

 

 

          

 

         

                   

          

 

  

 

Dla  manganianu  współczynnik  temperaturowy  można  przyjąć  0  ponieważ  opór  praktycznie 

przez cały czas trwania doświadczenia nie uległ zmianie. Widać również z obliczeń, że jest to bardzo 
znikoma wartość.  

W  następnej  części  doświadczenia  sporządziłam  wykres  zależności 

        (

 
 

)  (wykres  3) 

dla termistora. Przed sporządzeniem wykresu obliczyłam wartość lnR, zamieniałam skalę temperatury 
zamieniałam na Kelwiny i obliczyłam odwrotność temperatury, dane zawarłam tabeli poniżej. 

 

Temp. 

Rśr 

LnR 

1/T 

Lp. 

Ohm 

Ohm 

1/K 

292,9 

173 

5,15 

0,0034 

299 

130,5 

4,87 

0,0033 

302,8 

113,5 

4,73 

0,0033 

307,9 

95,5 

4,56 

0,0032 

312,9 

80,5 

4,39 

0,0032 

318 

69 

4,23 

0,0031 

323 

59,5 

4,09 

0,0031 

328 

51,5 

3,94 

0,0030 

333 

45 

3,81 

0,0030 

10 

338 

39,5 

3,68 

0,0030 

11 

343 

35 

3,56 

0,0029 

12 

348 

26 

3,26 

0,0029 

13 

353 

23 

3,14 

0,0028 

 

background image

 

Za  pomocą  programu  Excel  obliczyłam  współczynnik  kierunkowy  prostej,  który  wyniósł: 

 

          

             

Następnie  zgodnie  ze  wzorem  na  zależność  oporu  elektrycznego  próbki  półprzewodnika 

obliczyłam  szerokość  przerwy  energetycznej  Eg.  Korzystając  ze  wzoru: 

     (

 

 

  

 

),  który  po 

zlogarytmowaniu przedstawia się następująco: 

           

 

 

  

 

 

 
 

Z wykresu odczytałam współczynnik kierunkowy prostej, który jest równy: 

 

          

 

 

 

  

 

 

po przekształceniu otrzymałam wzór na przerwę energetyczną: 

 

 

   

          

    

 

 

Znając  wartość  współczynnika 

 

          

              oraz  wartość   

 

           

  

[

  

 

obliczam:  

 

 

                        

  

            

 

 

y = 3312,1x - 6,1799 

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

5,50

0,0028

0,0029

0,0030

0,0031

0,0032

0,0033

0,0034

lnR

 []

 

1/T [1/K] 

Wykres zależności lnR=f(1/K) 

background image

NIEPEWNOŚĆ POMIAROWA 

 

Współczynnik  kierunkowy  obliczyłam  za  pomocą  programu  Microsoft  Match,  nie 

przedstawiam  tutaj  dokładnych  obliczeń  ze  względu  na  ich  sporą  ilość.  Korzystam  z  pkt.  4.1.1 
instrukcji OPN. 

Opornik 1 – termistor 

 

          

            

 

   

          

             

 

Opornik 2 – miedziany 

 

      

         [

 

  

   

      

           [

 

  

]

 

Opornik 3 - manganowy 

 

          

          [

 

  

 ( 

          

)           [

 

  

Do obliczenia niepewności współczynnika temperaturowego i przerwy energetycznej 

skorzystałam ze wzoru (15) instrukcji OPN na niepewność złożoną zmiennych nieskorelowanych: 

       √(

    

 

 

)

 

  (

       

 

 

 

 

 

 ( 

 

)   √(  

 

   

 

 )

 

  (  

 

   

 

 )

 

 

Zgodnie z instrukcją do ćwiczeń 

         

 i 

   

 

      

  

    

  

[

  

 

]

 

Opornik 1 – termistor  

 ( 

 

)   √(  

 

   

 

 )

 

  (  

 

   

 

 )

 

  √                       

  

 

 

                

  

        

 

  

           

 

Opornik 2 – miedziany 

       √(

    

 

 

)

 

  (

       

 

 

 

 

 

)   √(

      

   

)

 

  (

          

   

 

)

 

           [

 

 

]

 

Opornik 3 – manganowy 

       √(

    

 

 

)

 

  (

       

 

 

 

 

 

)   √(

      

   

)

 

  (

           

   

 

)

 

            [

 

 

background image

WNIOSKI 

Współczynnik temperaturowy 

Miedź 

Wartość otrzymana w doświadczeniu 

Wartość tablicowa 

       

 

  

          

  

 

  

 

      

 

  

 

 

Jak  widać  z  powyższej  tabeli  wartości  różnią  się  od  siebie,  prawdopodobnie  wpływ  na 

otrzymane  wartości  mogły  mieć  zmiany  temperatury  w  pomieszczeniu,  jak  również  sposób 
zmontowania  układu,  również  czynnik  ludzki  mógł  mieć  wpływ  na  otrzymane  wyniki  ponieważ 
notowanie  wartości  z  3  różnych  przyrządów  sprawiał  kłopot.  Również  czystość  próbki  mogła  mieć 
wpływ  na  wyniki  –  różnego  rodzaju  domieszki  obniżają  przewodność  –  a  znaleziona  przeze  mnie 
wartość tablicowa podana jest dla czystej próbki.  

Manganian 

Wartość otrzymana w doświadczeniu 

Wartość tablicowa 

        

  

 

  

          

  

 

  

 

        

  

 

  

 

 

Jak  widać  z  powyższej  tabeli  wynik,  otrzymany  w  doświadczeniu  jest  bardzo  zbliżony  do 

wartości tablicowej, podobnie jak w powyższym badaniu próbki tutaj takie same czynniki mogły mieć 
wpływ na otrzymaną wartość. Do badań zmian oporu manganianu można by użyć przyrządu o lepszej 
czułości, gdyż praktycznie przez cały czas trwania doświadczenia opór nie zmieniał swojej wartości. 

Termistor 

Wartość przerwy energetycznej: 

 

 

                       

Najbliższą  wartością  tablicową  jaką  udało  mi  się  znaleźć  ma  german  (0,67  [eV])  –  więc 

możliwe,  że  próbka  została  wykonana  z  tego  materiału.  Tutaj  tak  samo  jak  w  poprzednich 
przypadkach  duży  wpływ  na  otrzymany  wynik  mógł  mieć  czynnik  ludzki  jak  i  otoczenie  oraz 
konstrukcja  przyrządu  pomiarowego.  Rozbieżność  w  wynikach  mogły  być  spowodowane  zbyt 
szybkim ogrzewaniem próbki.