Визначення температурного коефіцієнта опору металу і дослідження залежності опору напівпровідників від температури
Мета роботи:
визначити температурний коефіцієнт опору металу і отримати графічну залежність опору терморезистора від температури.
Обладнання:
електричне коло, трубчастий нагрівник, досліджуваний зразок металу (спіраль нагрівника), терморезистор, датчик напруги DT001, датчик струму DT005, датчик температури DT029, з’єднувальні провідники, джерело струму, АЦП NOVA LINK, ПК.
Програмне забезпечення:
MultiLab.
Теоретичні відомості
Електричний струм у металах створюється рухом вільних електронів. Середовище металу чинить опір такому рухові, що проявляється через наявність у провідника опору, який, у свою чергу, залежить від температури. Для більшості металів така залежність має вигляд:
де R – опір провідника за заданої температури, R0 – опір провідника при 0°C, t – температура за шкалою Цельсія, – температурний коефіцієнт опору. У напівпровідниках струм створюють два роди носіїв – електрони і вакансії (дірки), що утворилися у валентних зонах. Кількість вакансій (дірок) і кількість вільних електронів залежить від умов, у яких знаходиться напівпровідник - температури і освітленості. Підвищення температури або збільшення освітленості призводить до руйнування зв’язків електронів з атомом. Переходячи у зону провідності, вони фактично збільшують концентрацію носіїв струму, при цьому опір середовища зменшується. Ця властивість використовується у напівпровідникових нелінійних елементах: термо- і фоторезисторах.
Експериментальна установка
Налаштування експерименту
1. Установіть на столі штатив, закріпивши у ньому трубчастий нагрівник і розмістивши у ньому досліджуваний зразок.
2. Зберіть електричне коло з досліджуваним зразком.
3. З’єднайте датчик струму послідовно з досліджуваним зразком, а датчик напруги паралельно до нього.
4. З’єднайте коло і трубчастий нагрівник з джерелом струму (12 В для нагрівника і регульована стала напруга для зразка приблизно 6 В).
5. Розташуйте у трубчастому нагрівнику датчик температури.
6. З’єднайте АЦП з USB входом ПК.
7. З’єднайте датчики струму, напруги і температури з АЦП, використовуючи перший, другий і третій входи.
8. Переконайтеся, що датчик настроєний правильно, для чого натисніть на короткий час кнопку Пуск , а потім Стоп . Графіки повинні бути горизонтальними.
2. Відкрийте вкладку Реєстратор – Налаштування Реєстратора, і переконайтеся, що датчики розпізнано і підключено до входів.
3. У вікні налаштувань датчика натисніть Далі.
4. Оберіть у списку частоту вимірів - 10 вимірів за секунду.
5. Натисніть Далі.
6. Оберіть кількість вимірів – 5000.
7. Натисніть Закінчити.
Хід експерименту
1. Увімкніть джерело струму.
2. Оберіть кнопку Новий експеримент.
3. Натисніть кнопку Пуск
4. Дочекайтеся завершення реєстрації даних і збережіть їх.
5. Вимкніть джерело живлення.
6. Замініть у нагрівнику досліджуваний металевий зразок на терморезистор.
7. Увімкніть джерело струму.
8. Установіть напругу на зразку 2 В.
9. Замініть кількість вимірів на 500.
10. Оберіть кнопку Новий експеримент.
11. Натисніть кнопку Пуск
12. Дочекайтеся завершення реєстрації даних і збережіть їх.
Експериментальна установка
Аналіз даних експерименту
1. Установіть Перший курсор на графіку струму і оберіть Лінійну апроксимацію.
2. У верхньому меню оберіть кнопку Майстер аналізу . Оберіть вкладку Перетворення – Ділення.
3. Оберіть дані Напруга і Лінійна апроксимація сили струму.
4. Натисніть Ок.
5. Оберіть кнопку Редагування графіка.
6. Оберіть вісь х – температура, у – частка напруги і силу струму.
7. Установіть Перший курсор на отриманий графік і виконайте лінійну апроксимацію.
8. Прочитайте рівняння під графіком. Доданок зі змінною містить множник, який чисельно дорівнює R0α, де R0 – опір зразка при 0°С, другий доданок – це R0. Занесіть значення R0 у таблицю.
Аналіз даних експерименту
9. Розрахуйте і занесіть в таблицю температурний коефіцієнт опору α.
10. Відкрийте графік другого вимірювання для терморезистора.
11. У верхньому меню оберіть кнопку Майстер аналізу . Оберіть вкладку Перетворення – Ділення.
12. Оберіть дані Напруга і Сила струму.
13. Натисніть Ок.
14. Оберіть кнопку Редагування графіка.
15. Оберіть вісь х – температура, у – частка напруги і силу струму.
16. У лівому вікні програми відключіть усі інші графіки.
17. Розрахуйте похибки і зробіть висновки відповідно до мети роботи.
, а потім Стоп 
. Графіки повинні бути горизонтальними.
.
на графіку струму і оберіть Лінійну апроксимацію 
.
. Оберіть вкладку Перетворення – Ділення.
.
