8. После спада показаний индикатора до температуры +3000 °С выключить вентилятор печи кнопкой «Вент» и выключить кнопку «Сеть» на задней панели блока управления и индикации (БУИ).
9. Вычислить температуру печи в кельвинах, добавив при этом поправку в (Т = 23 К, т. к. индикатор температуры показывает разность температур самой печи и её корпуса (комнатной температуры tКОМ» +23 °С). Результаты занести в таблицу.
Таблица
|
№ |
Показания индикатора температуры t, °С |
Напряжение на термостолбике U, мВ |
Температура излучателя T = t + 273 +DT, К |
T4, 1011 К4 |
|
|
1 |
|||||
|
2 |
|||||
|
3 |
|||||
|
4 |
|||||
|
5 |
|||||
|
6 |
|||||
|
7 |
|||||
|
8 |
|||||
|
9 |
|||||
10. Рассчитать Т4 (данные занести в таблицу) и на основании данных таблицы построить графики зависимости U от Т4, соответственно, при подъёме и при спаде температуры, которые аппроксимировать прямыми U = kТ4.
11. По наклонам прямых k = DU/D(Т4) [В/К4] рассчитать для обоих случаев постоянную Стефана – Больцмана s1, s2, учитывая коэффициент пропорциональности a между энергетической светимостью абсолютно чёрного тела RЭа.ч.т. и напряжением на термостолбике: RЭа.ч.т. = aU (значение a указано на установке):
s = 
= a
= ak.
12. Оценить погрешность измерений, получив сначала sСР:
sСР = (s1 + s2)/2,
а затем и абсолютную ошибку измерений Ds = (Ds1 + Ds2)/2 и записать окончательный результат измерений:
s = sСР ± Ds.
13. Сравнить полученное значение s с учётом ошибки измерений с табличным значением постоянной Стефана – Больцмана:
s = 5,67×10-8 Вт/(м2×К4).
Контрольные вопросы
1. Что называется тепловым излучением?
2. Что называется спектральной поглощательной способностью, спектральной испускательной способностью и полной испускательной способностью тела (излучательностью)?
3. Какие тела называются абсолютно черными телами?
4. Какие законы теплового излучения Вы знаете? В чем заключается сущность этих законов?
5. Какой закон проверяется в настоящей работе, и какая константа рассчитывается по результатам измерений?
6. В чем заключается принцип измерения температуры тела с помощью пирометра (термостолбика)?
Список литературы
1. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 2000. – Т. 3. – 320 с.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов. – М.: Высш. школа, 2002. – 718 с.
3. Трофимова Т.И. Курс физики / М.: Высш. школа, 2000. – 542 с.
Работа 51
ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Цель работы. Изучение температурной зависимости электропроводности металлов, определение температурного коэффициента сопротивления металла. Изучение температурной зависимости электропроводности полупроводника, определение ширины его запрещенной зоны.
Приборы и принадлежности: Установка ФПК07.00.0.00.00.
Введение
Одним из основных достаточно легко наблюдаемых отличий полупроводников от металлов, является разная зависимость электрического сопротивления этих классов материалов от температуры Т. Если электрическое сопротивление Rподавляющего большинства металлов (по крайней мере, в диапазоне температур, сравнимых с комнатными) увеличивается с ростом Т, то у полупроводников эта зависимость имеет обратный характер. Объяснение (не только количественное, но даже и качественное) данного факта явилось серьёзной проблемой классической теории электропроводности, решить которую удалось лишь в первой половине ХХ века благодаря использованию методов квантовой механики.
Вспомним, как классическая теория описывает протекание электрического тока в твёрдом теле. По этой теории металл представляет собой кристаллическую решётку, состоящую из положительно заряженных ионов, испытывающих тепловые колебания около положения равновесия – узлов этой решётки. Валентные электроны, оторвавшиеся от атомов металла, можно рассматривать как газ, частицы которого испытывают непрерывное тепловое хаотическое движение со средней квадратичной скоростью uКВ. Как известно, для идеального газа
uКВ = 
,
где k = 1,38×10-23 Дж/К – постоянная Больцмана; Т – термодинамическая температура; m – масса молекул газа, в нашем случае – электронов).
Система ионы – электронный газ (если проводник не заряжать специально) является электронейтральной.
Если на концах проводника создать разность потенциалов, то электроны в электрическом поле приобретут добавочную скорость направленного движения в сторону уменьшения их энергии (к той части проводника, которая имеет положительный потенциал). Скорость uД направленного движения электронов, которая возникает под действием электрического поля, называется дрейфовой, и хотя она много меньше тепловой uТ, тем не менее, именно благодаря ей в проводнике и осуществляется направленное движение зарядов: идёт электрический ток.
В электрическом поле напряжённостью E на электрон, заряд которого обозначим символом e, действует сила F = eE, которая сообщает ему ускорение a = F/m = eE /m, где m – масса электрона. Под действием этой силы электрон начинает двигаться равноускоренно, однако, возрастание скорости не может длиться до бесконечности. Решётка реальных кристаллов всегда содержит дефекты, столкновение с которыми приводит к тому, что приобретённая скорость в направлении электрического поля падает практически до нуля. Цикл «ускорение – рассеяние» повторяется снова и снова. Среднее расстояние l, пролетаемое электроном от столкновения до столкновения, называется длиной свободного пробега; ему соответствует время t. Таким образом, скорость, сообщаемая электрону электрическим полем, не превышает значения u* = at = еEt/m. Средняя скорость, которую приобретают носители заряда под действием электрического поля (это и есть uД) при равноускоренном движении из состояния покоя равна половине максимальной, то есть uД = 0,5еE t/m. Более строгий вывод, учитывающий распределение свободных электронов в кристалле по энергиям, приводит к выражению:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.