Визначення температурного коефіцієнта опору металу й дослідження залежності опору напівпровідника від температури

визначити температурний коефіцієнт опору металу та одержати графічну залежність опору терморезистора від температури.

набірне поле «Школяр», трубчастий нагрівач, досліджуваний зразок металу (нагрівальна спіраль), терморезистор, датчик напруги, датчик струму, датчик температури, з’єднувальні провідники, джерело струму, АЦП (аналогово-цифровий перетворювач) Einstein LabMate+, кабель для під’єднання датчика, ПК.

Проходження електричного струму в металах забезпечується вільними електронами, які можуть рухатися незалежно від валентних зон. Середовище проходження струму в металах може створювати опір подібному руху. Це проявляється в наявності в провідника опору, який залежить від температури. Дослідження цієї залежності дало змогу для більшості металів отримати такий закон:

R = R0(1+αt), (1)

де R – опір провідника за певної температури; R0 – опір провідника за 0°C; t – температура за шкалою Цельсія; α – температурний коефіцієнт опору. У напівпровідниках проходження струму забезпечують два роди носіїв – електрони й вакансії, що утворювалися на валентних зонах. Кількість вакансій, так само і кількість електронів, прямо залежить від умов, у яких перебуває напівпровідник – температури й освітленості. Підвищення температури або збільшення освітленості призводить до різкого зростання розірваних зв'язків електронів з атомами. Переходячи в область провідності, вони фактично збільшують концентрацію носіїв заряду; відповідно, зменшується опір середовища. На цій основі створені напівпровідникові нелінійні елементи – термо- і фоторезистори.

1. Установіть на столі штатив, закріпивши в ньому трубчастий нагрівач і помістивши в нього досліджуваний зразок. 2. Зберіть електричне коло з досліджуваним зразком. 3. З'єднаєте датчик струму послідовно з досліджуваним зразком, датчик напруги паралельно йому. 4. Під’єднайте електричне коло і трубчастий нагрівач до джерела струму (12 В для нагрівача й регульована постійна напруга для зразка приблизно 6 В). 5. Помістіть у трубчастий нагрівач датчик температури. 6. З'єднайте АЦП із USB-входом вашого ПК (дочекайтеся моменту, коли світлодіод на АЦП змінить колір з червоного на жовтий або зелений). 7. З’єднайте з АЦП датчики струму, напруги і температури. 8. Підготуйте в зошиті таблицю для занесення результатів. 9. Запустіть програму MiLAB, обравши іконку . 10. Натисніть кнопку на АЦП так, щоб світлодіод почав блимати. 11. Оберіть внизу вікна «Повне налаштування». 12. Оберіть дискретизацію «Авто», частоту замірів – 10 замірів на секунду, кількість замірів – 5000. 13. Оберіть «Мінімальні налаштування». 14. Увімкніть джерело струму. 15. Натисніть кнопку «Старт» . 16. Дочекайтеся завершення реєстрації даних. 17. Вимкніть джерело струму. 18. Замініть у нагрівачі досліджуваний металевий зразок на терморезистор. 19. Увімкніть джерело струму. 20. Натисніть кнопку «Старт» . 21. Дочекайтеся завершення реєстрації даних. 22. У верхньому меню оберіть вкладку «Робочий простір» – «Вікно графіка» . 23. У вікні «Історія» оберіть дані попереднього вимірювання і перемістіть «перетягуванням» папку в новостворене вікно. 24. Оберіть вкладку «Аналіз». 25. Установіть «Перший курсор» на графіку струму й виберіть «Лінійну апроксимацію» . 26. У верхньому меню виберіть кнопку «Математичні функції» . Виберіть вкладку «Перетворення» – «Ділення». 27. Виберіть дані «Напруга» й «Лінійна апроксимація сили струму». 28. Натисніть «Ок». 29. Виберіть вісь х – температура, y – результат ділення напруги на силу струму. 30. Установіть «Перший курсор» на отриманий графік і виконайте лінійну апроксимацію. 31. Зчитайте рівняння біля курсору. Доданок зі змінною, множник якого чисельно рівний R0α, де R0 – опір зразка при 0°С. Другий доданок – це і є R0. Занесіть значення R0 у таблицю. 32. Відкрийте графік другого виміру для терморезистора. 33. Повторіть кроки 25…31 для цього графіка.