Wirtualne laboratorium WL‑I
Badanie zależności oporu od temperatury dla wybranych półprzewodników
Przeprowadź dwuczęściowy eksperyment w wirtualnym laboratorium. Wykonaj ćwiczenia i polecenia związane z wyposażeniem laboratorium, przeprowadzeniem pomiarów i podsumowaniem ich wyników.
Badanie zależności oporu od temperatury dla półprzewodnika samoistnego
Jak zależy opór elektryczny półprzewodnika samoistnego od jego temperatury?
Postaw swoją hipotezę badawczą – wybierz jedną z możliwości przedstawionych poniżej.
Ćwiczenie alternatywne zamiast Wirtualnego Laboratorium. Twoim zadaniem jest ustalenie, jak zmienia się opór elektryczny próbki krzemu wraz z temperaturą. Które z wymienionych niżej przyrządów będą Ci potrzebne?
- termometr
- płyta grzewcza izolowana
- woltomierz
- omomierz
- zasilacz prądu stałego
- teslomierz
- próbka krzemu.
Wybierz jeden z półprzewodników, który będziesz badać w doświadczeniu: krzem (Si) albo german (Ge).
Przeczytaj instrukcję zawartą w wirtualnym laboratorium i wykonaj eksperyment tak, jak w niej to zapisano (ale tylko dla jednego, wybranego przez Ciebie materiału). Tabelę do zapisu wyników znajdziesz pod laboratorium.
Pamiętaj, że procesy cieplne zachodzą powoli i po zmianie temperatury płyty trzeba odczekać, aż ustali się jej stabilna wartość.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DuLYfTdXI
Wykonaj wykres zależności zgodnie z wytycznymi zapisanymi w instrukcji do wirtualnego laboratorium.
Do formularza poniżej wpisz krótkie podsumowanie i wnioski wynikające z przeprowadzonego eksperymentu. Zawrzyj w nim co najmniej:
Opis charakteru uzyskanej zależności.
Informację, czy Twoja hipoteza badawcza potwierdziła się.
Wyjaśnienie, jakie zjawiska fizyczne są przyczyną takiego przebiegu zależność oporu od temperatury półprzewodnika, jaki uzyskaliśmy w doświadczeniu.
Precyzyjne zbadanie zależności oporu od temperatury dla dwóch półprzewodników samoistnych i porównanie badanych zależności
Czym różnią się zależności oporu od temperatury dla krzemu i germanu?
Charakter obu zależności jest zbliżony, ale wartość oporu właściwego germanu jest dużo mniejsza niż krzemu.
Wykonując poprzednie doświadczenie można było zauważyć, że zmieniając nieznacznie położenie suwaka regulacyjnego płyty grzewczej osiąga się różne wartości oporu dla tej samej temperatury, gdy jest ona niska (szczególnie dla krzemu) oraz uzyskuje się szeroki zakresu temperatur (dla wysokich jej wartości), przy którym opór elektryczny jest taki sam (szczególnie dla germanu). Co należy zrobić, by zwiększyć precyzję pomiaru punktów zależności w tym doświadczeniu?
Przygotuj się do wykonania doświadczenia, w którym precyzyjnie wyznaczysz zależność dla obu półprzewodników. Ponieważ nie dysponujesz ani dokładniejszym termometrem ani omomierzem, zastosuj drugą z sugerowanych wyżej metod.
Przeanalizuj tabele przygotowane do zapisywania danych doświadczalnych. Po wykonaniu pomiarów sporządź wykresy zależności , oddzielnie dla obu półprzewodników. Nanieś słupki niepewności pomiarowych, których długość jest równa podwójnej niepewności standardowej oraz . Pamiętaj o zależności:
gdzie niepewność graniczna jest połową wyznaczonego doświadczalnie przedziału zmienności temperatury dla tego samego oporu lub najmniejszą podziałką skali termometru (w zależności od tego, która z tych wielkości jest większa).
Analogiczna procedura dotyczy .
Więcej informacji na temat sporządzania wykresów i zaznaczania na nich niepewności pomiarowych znajdziesz w e‑materiale „Przedstawianie niepewności pomiarowych w formie graficznej”.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DuLYfTdXI
Do formularza poniżej wpisz krótkie podsumowanie i wnioski wynikające z przeprowadzonego eksperymentu. Zawrzyj w nim co najmniej:
Opis charakteru uzyskanych zależności oraz ich porównanie.
Informację, czy hipoteza badawcza potwierdziła się.
Przedyskutuj kwestię niepewności pomiarowych w tym doświadczeniu. Zastanów się, czy w świetle uzyskanych wyników trzeba zweryfikować przyjęte w pierwszym doświadczaniu założenia dotyczące wartości niepewności pomiarowych.