przerwa energetyczna 02, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania


POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ AUTOMATYKI, ELEKTRONIKI I INFORMATYKI

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM Z FIZYKI

WYZNACZANIE SZEROKOŚCI PRZERWY ENERGETYCZNEJ METODĄ TERMICZNĄ

Natalia Zalcman

Małgorzata Barczyk

Informatyka, semestr II

Grupa 3

Sekcja 6

I. WPROWADZENIE TEORETYCZNE.

Półprzewodniki to ciała o przewodności właściwej pośredniej między przewodnością metali a izolatorów (w temperaturze pokojowej), szybko rosnącej wraz ze wzrostem temperatury. Przykładem półprzewodnika jest krzem, german.

Przewodnictwo elektryczne półprzewodników jest związane z ruchem elektronów w paśmie przewodnictwa i dziur w paśmie walencyjnym. W temperaturze zera bezwzględnego pasmo walencyjne jest całkowicie wypełnione elektronami, nie ma elektronów walencyjnych (idealny izolator). W wyższych temperaturach energia ruchu cieplnego pewnej ilości elektronów przekracza wartość przerwy energetycznej i elektrony te przechodzą do pasma przewodnictwa. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta ilość elektronów swobodnych, a co za tym idzie wzrasta przewodność.

Ilość takich elektronów rośnie wraz ze wzrostem temperatury, a koncentracja elektronów w paśmie przewodnictwa wyraża się wzorem:

gdzie :

n - ilość elektronów w paśmie przewodnictwa

E - energia aktywizacji zależna od rodzaju materiału

k - stała Boltzmanna,

T- temperatura w skali bezwzględnej.

Dla półprzewodnika samoistnego energie aktywacji elektronów i dziur
są jednakowe i równe połowie szerokości przerwy energetycznej.

Zależność tą można sprowadzić do bardziej dla nas przydatnej postaci.:

gdzie:

R - opór (odwrotność ilości elektronów w paśmie przewodnictwa)

W wyrażeniu tym (ΔE/k ) jest współczynnikiem kierunkowym prostej charakteryzującej wartość ln(R) względem (1/T).

  1. DOŚWIADCZENIE.

  1. Zasada pomiaru.

Pomiar polega na badaniu wzrostu przewodności w zależności od temperatury.

Przeprowadzono dwie serie pomiarowe: dla temperatury rosnącej i malejącej. Pomiary zostały przeprowadzone w zakresie 30 - 200 °C co 5 °C
Wykres zależności :

ln (R\R°) = f (1 \ T)

dla półprzewodnika powinien być linią prostą, której nachylenia zależy od wielkości energii aktywacji.

Do uzyskanych dany dopasowuje się metodą regresji liniowej prostą, której współczynnik regresji a = ΔE / k (k - stała Boltzmana). Stąd: energia aktywacji ΔE = ak.

  1. Wyniki.

  1. Dla temperatury rosnącej:

Lp

T [C]

R [ ]

1

30

8500

2

35

7400

3

40

6300

4

45

5300

5

50

4400

6

55

3700

7

60

3000

8

65

2600

9

70

2100

10

75

1800

11

80

1400

12

85

1200

13

90

1100

14

95

1060

15

100

930

16

105

800

17

110

680

18

115

600

19

120

530

20

125

460

21

130

400

22

135

350

23

140

300

24

145

270

25

150

240

26

155

210

27

160

180

28

165

160

29

170

140

30

175

135

31

180

125

32

185

120

33

190

115

34

195

103

35

200

93

Współczynnik regresji a = 3937 +- 28

  1. Dla temperatury malejącej:

Lp

T [C]

R [ ]

1

200

93

2

195

126

3

190

124

4

185

146

5

180

175

6

175

167

7

170

196

8

165

213

9

160

254

10

155

253

11

150

295

12

145

328

13

140

444

14

135

435

15

130

476

16

125

550

17

120

600

18

115

700

19

110

752

20

105

865

21

100

980

22

95

1160

23

90

1320

24

85

1550

25

80

1770

26

75

2170

27

70

2500

28

65

2960

29

60

3480

30

55

4210

31

50

4900

32

45

5900

33

40

6960

34

35

8810

35

30

10200

Współczynnik regresji a = 3856 +- 28

  1. OPRACOWANIE WYNIKÓW.

Wyniki otrzymane z serii pomiarów dla temperatury rosnącej:

a = 3937 +- 28

ΔE = a * k

ΔE = 3937 K * 1,380662 * 10-23 J/K = 5435,67 * 10-23 J

ΔE = 5435,67 * 10-23 J * 6,24 * 1018 eV/J = 33918,58 * 10-5 eV

Wyniki otrzymane z serii pomiarów dla temperatury rosnącej:

a = 3856 +- 28

ΔE = a * k

ΔE = 3856 K * 1,380662 * 10-23 J/K = 5323,83 * 10-23 J

ΔE = 5323,83 * 10-23 J * 6,24 * 1018 eV/J = 33220,7 * 10-5 eV

Średnia wartość energii aktywacji:

ΔEśr = 5379,75 * 10-23 J

ΔEśr = 33569,64 * 10-5 eV

Błąd wyznaczonej energii aktywacji:

Δ(ΔE) = k * Δa = 1,380662 * 10-23 J/K * 28 K = 38,66 * 10-23 J

Δ(ΔE) = 38,66 * 10-23 J * 6,24 * 1018 eV/J = 241,24 * 10-5 eV

Wyznaczona wartość energii aktywacji:

ΔEśr = (5379,75 +- 38,66) * 10-23 J

ΔEśr = (33569,6 +- 241,24) * 10-5 eV

  1. WNIOSKI.

Metoda pomiaru, choć czasochłonna, pozwala wyznaczyć z dużą dokładnością wartość energii aktywacji półprzewodników.

Otrzymana wartość przerwy energetycznej wynosi :

ΔEśr = (5379,75 +- 38,66) * 10-23 J

ΔEśr = (33569,6 +- 241,24) * 10-5 eV

Na dokładność otrzymanej wartości wpływa dokładność przyrządów pomiarowych, jakie wyznaczają temperaturę i opór.

Pomiary oporu termistora w zależności od temperatury, wykonujemy za pomocą cyfrowego miernika oporu z dokładnością do ±3 na trzecim miejscu po przecinku, natomiast błąd pomiaru temperatury wynosi 1 °C. Należy tu nadmienić, że jest to błąd samego termometru - nie jest brana pod uwagę różnica temperatur pomiędzy termistorem a termometrem oraz czas reagowania termometru.

Minimalny błąd odczytu oporu oraz szybki czas reakcji miernika wpływają na wynik w bardzo małym stopniu.

Gdyby termometr, zastąpiono przyrządem o większej czułości i dokładności oraz gdyby reagował szybciej na zmiany temperatury można by wyznaczyć ΔE z większą dokładnością. Wpływ na dokładność miałoby także zmniejszenie odległości między termometrem a termistorem.

5



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Wyznaczanie szerokości przerwy energetycznej metodą termiczną, Polibuda, Fiza, Fizyka sprawozdania (
Wahadlo matematyczne, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
Fizyka test 1, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
Zadania fizyka 1, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
Promieniowanie gamma, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
Rezonator kwarcowy, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
Wyznaczanie predkosci dzwieku w powietrzu, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
Rezonator-Wnioski, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
Sciaga1, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
SCIAGA2, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
FIZ SCI, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
Zadania z kolosow z lat poprzednich, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania
FIZYKA2, Studia, pomoc studialna, Fizyka- sprawozdania

więcej podobnych podstron