Физика: Методические указания к лабораторным работам (Эффект Холла в полупроводниках . Измерение температуры нагретых тел с помощью радиационного пирометра. Изучение работы оптического квантового генератора (лазера). Исследование люминесценции кристаллофосфоров), страница 23

Описание аппаратуры и методика измерений

Приборы и принадлежности: Измерительное устройство ФПКИ07.00.00.00.00 и объект исследования (электропечь с тремя образцами) ФПК07.01.00.00.00. Оба прибора устанавливаются на рабочем месте в произвольном порядке и заземляются. Измерительное устройство подключается к электропечи соединительным кабелем; и печь и измерительное устройство включаются в сеть 200 В, 50 Гц. Схема установки приведена на рис. 3.

Нагреватель включается и выключается при помощи кнопки на передней панели установки; после включения начинается нагрев образцов в электропечи. По достижении температуры примерно +122 °С нагреватель автоматически отключается: образцы начинают остывать. Для повышения точности данные измерений снимаются два раза: при нагреве и при остывании образцов.

Порядок выполнения работы

I. Подготовка к работе

1.  Внимательно прочитайте настоящее руководство. Приготовьте ЗАРАНЕЕ таблицу, для записи данных измерений (см. табл. 2). Помните, что нагрев образцов происходит достаточно быстро, поэтому измерения нужно проводить оперативно и чётко, иначе можно не успеть записать их результаты.

2.  Убедитесь в том, что установка заземлена, и что измерительный блок соединён шнуром с электропечью. Подключите шнуры измерительного устройства и электропечи к сети и включите установку выключателями СЕТЬ на задней панели измерительного устройства и на передней панели электропечи. Дайте установке поработать при комнатной температуре в течение 5 мин.

3.  Установите переключатель номера образца в положение «1». При этом на индикаторе «Ом» измерительного устройства должно появиться значение электрического сопротивления первого образца, а на индикаторе «ºС» – его температура (равная температуре окружающей среды). Остальные индикаторы измерительного устройства светиться не должны. На электропечи должен светиться индикатор СЕТЬ и не светиться индикатор ВЕНТ. Переключая указатель номера образцов в положения «2» и «3», убедитесь, что на индикаторе «Ом» измерительного устройства устанавливаются значения электрического сопротивления второго и третьего образцов, а на индикаторе «ºС» – их температура (такая же, как и у первого образца).

4.  Запишите начальные значения температуры и электрического сопротивления образцов в первую строчку таблицы 2. Следует помнить, что остывание образцов происходит достаточно медленно: за время урока температура и сопротивление образцов вернуться к начальному значению не успевают, поэтому проведённые измерения повторить на этом же занятии не удастся.

5.  После проверки и измерений при комнатной температуре вновь установите переключатель номера образца в положение «1».

Таблица 2

	Образец 1			Образец 2			Образец 3
Т, °С	R1, Ом при нагреве	R1, Ом при остывании	Среднее R1, Ом	R1, Ом при нагреве	R1, Ом при остывании	Среднее R1, Ом	R1, Ом при нагреве	R3, Ом  при остывании	Среднее R3, Ом
25
30
40
…
110
120

II. Проведение измерений

6.  Нажмите кнопку «НАГРЕВ» измерительного устройства (при этом должен засветиться индикатор нагрева). Помните: первые минут пять нагрев происходит медленно, затем его скорость повышается.

7.  По достижении температуры +30 °С запишите значение сопротивления образца 1, затем, – образца 2 и образца 3. Верните переключатель номера образцов в положение «1».

8.  Процедуру измерений повторяйте через каждые 10 °С нагрева. Последнее измерение проводится при +120 ºС. Данные измерений записываются в таблицу 2.

9.  По достижении температуры +122 ºС электропечь автоматически отключается, внутри блока начинает работать вентилятор: наступает этап остывания образцов. Несколько минут температура держится на уровне +122 ºС, затем начинает снижаться. После того, как температура станет вновь равной +120 ºС, проведите измерения электрического сопротивления каждого из образцов.

10.  Процедуру измерений повторяйте через каждые 10 ºС остывания, данные измерений записывайте в таблицу 2. Последнее измерение проводится при +30 ºС, после чего установка отключается тумблерами СЕТЬ на задней панели измерительного устройства и на передней панели электропечи.

III. Обработка результатов измерений

11.   Для каждой температуры вычислите среднее (при нагреве и остывании) значение электрического сопротивления. Результаты запишите в таблицу 2. По характеру зависимости сопротивления от температуры определите, какой номер соответствует медному, какой – манганиновому и какой – полупроводниковому образцу.

12.  Для полупроводникового образца заполните таблицу 3.

Таблица 3

Т, ºС	25	30	40	…	…	110	120
Среднее RП, Ом
ln, ln(Ом-1)
, эВ-1

В расчётах использовать, что заряд электрона e = 1,6×10^-19 Кл, постоянная Больцмана k = 1,38×10^-19 Дж/К, 1 эВ = 1,6×10^-19Дж.