 |
Порядок выполнения работы и обработка полученных результатов
|
|
|
|
На первом этапе эксперимента исследуется ВАХ характеристика p-n перехода при комнатной температуре термостата.
1. Включить установку тумблером «сеть». Включить термометр тумблером «термометр».
2. Изменяя ручкой «U» величину подаваемого напряжения для диода D2 (Д9Б) снять зависимость силы тока I от напряжения U (15-20 точек) при комнатной температуре. Конструкция установки не позволяет изменять полярность подаваемого напряжения, поэтому исследуется только положительная ветвь ВАХ характеристики (рис.2). Результаты измерений занести в таблицу 1.
Таблица 1.
| U, мВ | … | ||||||
| I (D1), мА |
3. Переключить тумблер «D1-D2» в положение «D1» и снять ВАХ характеристику туннельного диода (не менее 5 точек в области первого подъема и 15-20 точек в области второго подъема характеристики). (Как правило в области отрицательного дифференциального сопротивления измерения затруднительны, поэтому нижнюю часть ВАХ в области второго подъема следует снимать в процессе уменьшения подаваемого напряжения.) Результаты измерений записать в таблицу 2.
Таблица 2.
| U, мВ | 0,5 | … | … | ||||
| I (D2), мА |
4. По результатам измерений п.2 и п.3 построить ВАХ обычного и туннельного диодов.
На втором этапе эксперимента изменяя и измеряя температуру термостата при фиксированном значении напряжения прямого включения U снимают зависимость тока в цепи от температуры полупроводника.
5. Установить величину подаваемого на диод D2 (Д9Б) напряжения U =300 мВ. Включить нагреватель термостата тумблером «нагреватель» и повернуть ручку «нагрев» в крайнее положение по часовой стрелке (положение максимальной мощности нагревателя). В процессе нагрева сопротивлений снять зависимость силы тока I от температуры диода при заданном значении напряжения. (Записывать показания приборов не реже чем через каждые 100С). Нагрев проводить до температуры Т =80 0С. Результаты измерений занести в таблицу 3.
|
|
|
Внимание! В процессе измерений необходимо постоянно контролировать величину установленного напряжения.
Таблица 3.
| Т, 0С | Т, К | 1/ Т, К−1 | I (D1), мА | ln (I/I0) |
| … | ||||
При построении графика температурной зависимости тока диода последний удобно нормировать на величину тока I 0 соответствующего начальной температуре диода.
6. Используя данные таблицы 3, построить график зависимости ln (I/I 0) от 1/ Т. Определить из графика тангенс угла (tgα) наклона прямой. Затем по формуле
Е Fp― E Fn = е Δ φ = k∙tgα (7)
вычислить разность энергий Ферми полупроводников р- и n-типа.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое энергия Ферми и чем она определяется при Т = 0 К? Где расположен уровень Ферми в полупроводниках n-типа и р-типа?
2. Что такое р-n переход? Как он формируется?
3. Почему р-n переход обладает односторонней проводимостью? Где используют это свойство р-n перехода?
4. Что такое туннельный диод? Объясните принцип его работы.
5. Как изменяются электрические свойства полупроводникового диода с температурой?
ЛИТЕРАТУРА
1. Верещагин И.К., Кокин С.М., Никитенко В.А., Селезнев В.А., Серов Е.А. Физика твердого тела. М., Высшая школа, 2001.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М., Высшая школа, 1989.
3. Шапочкин М.Б. Статистическая физика. М., Издательский дом Московского Физического общества, 2004.
Р А Б О Т А № 71б
Изучение спектра излучения нагретого вольфрама
Целью работы является исследование распределения по энергиям фотонов (бозе-частиц) в спектре нагретого тела.
|
|
|
Введение
Квантовая статистика позволяет получить распределение фотонов (бозе-частиц) по энергиям для идеального фотонного газа. Примером идеального фотонного газа является равновесное излучение абсолютно черного тела, спектральная плотность энергетической светимости которого определяется выражением [1]:
. (1)
Здесь λ -длина волны излучения, Т -абсолютная температура, с -скорость света, k и h - постоянные Больцмана и Планка соответственно.
Формула (1) называется формулой Планка. Справедливость формулы Планка надежно проверена экспериментально. Зависимости 
для различных температур представлены на рис.1.
Смещение максимума функции спектральной плотности энергетической светимости при изменении температуры Т нагретого тела определяется законом смещения Вина:
λm = b/T, (2)
а энергетическая светимость абсолютно черного тела RT – законом Стефана-Больцмана[1]:
, (3)
где b =2,90·10−3 м·К – постоянная Вина, σ =5,7·10−8 Вт/(м2·К4) – постоянная Больцмана.
Рис. 1. Спектральная плотность энергетической светимости
черного тела для различных температур.
Закон Кирхгофа [1]:
(4)
позволяет найти спектральную излучательную способность серого тела rλ, если известен его материал, а следовательно известна спектральная поглощательная способность αλT (определяется экспериментально в светотехнических лабораториях и указывается в таблицах). Такая постановка задачи имеет практическую целесообразность.
|
|
|
