Zasada pomiaru
Celem doświadczenia jest sprawdzenie eksperymentalnych zależności oporności właściwej od temperatury metali, półprzewodników i konstantanu.
Oporność właściwa metali rośnie proporcjonalnie do temperatury - wynika to z zastosowania klasycznej teorii elektronowej przewodnictwa, w myśl, której rosnąca temperatura powoduje wzrost drgań sieci krystalicznej, a tym samym wzrost prawdopodobieństwa zderzenia się nośnika prądu (elektronu) z atomem sieci, czyli skrócenie drogi swobodnej elektronów.
Do opisu właściwości półprzewodników lepiej nadaje się teoria pasmowa, zgodnie, z którą rosnąca temperatura powoduje wzrost liczby swobodnych nośników, a tym samym zwiększenie przewodności ze wzrostem temperatury.
Konstantan natomiast jest mniej ciekawym, choć może bardziej intrygującym z badawczego punktu widzenia stopem wieloskładnikowym zawierającym Cu, Ni, Mn, Fe i C, odznaczającym się dużym oporem właściwym i małym współczynnikiem temperaturowym oporu oznacza to, że w szerokim zakresie temperatur nic się nie dzieje.
Schemat układu pomiarowego
Patrz załącznik
Ocena dokładności pomiarów
Opór wszystkich materiałów odmierzany był za pomocą tego samego omomierza z odczytem cyfrowym zmieniając jedynie zakres pomiarowy, stąd błędem pomiaru jest zmiana wartości ostatniej cyfry:
1. Pomiar oporu germanu:
- zakres omomierza: 2 kW
- błąd: 0,001 kW
2. Pomiar oporu platyny i konstantanu:
- zakres omomierza: 0,2 kW
- błąd: 0,1 W
Tabela
Lp. | t | German | Miedź | Konstantan | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
R | ΔR | R | ΔR | R | ΔR | ||
[°C] | [kΩ] | [kΩ] | [Ω] | [Ω] | [Ω] | [Ω] | |
1. | 30 | 0,453 | 0,001 | 134,2 | 0,1 | 7,3 | 0,1 |
2. | 40 | 0, 0,314 | 0,001 | 140,8 | 0,1 | 7,3 | 0,1 |
3. | 50 | 0,227 | 0,001 | 145,6 | 0,1 | 7,3 | 0,1 |
4. | 60 | 0,159 | 0,001 | 150,8 | 0,1 | 7,3 | 0,1 |
5. | 70 | 0,119 | 0,001 | 155,4 | 0,1 | 7,3 | 0,1 |
6. | 80 | 0,087 | 0,001 | 160,6 | 0,1 | 7,3 | 0,1 |
7. | 90 | 0,065 | 0,001 | 165,7 | 0,1 | 7,3 | 0,1 |
8. | 100 | 0,049 | 0,001 | 171 | 0,1 | 7,3 | 0,1 |
9. | 110 | 0,036 | 0,001 | 176,4 | 0,1 | 7,3 | 0,1 |
Wykresy i dalsze obliczenia
Patrz załącznik
Rachunek błędów
Jedynymi pomiarami były pomiary oporu poszczególnych materiałów. Ich błędy zamieszczone są w punkcie dotyczącym dokładności pomiarów. Błędy pomiarowe były stosunkowo małe, stąd niemożliwe było naniesienie ich na wykres. Trudny natomiast do oszacowania jest błąd wynikający z graficznej metody wyznaczania stałej B dla półprzewodnika.
Wnioski
Przeprowadzone doświadczenie miało na celu zbadanie zależności oporności ciał stałych od temperatury. Wyniki doświadczenia potwierdziły liniowość tej zależności oraz dużą stabilność tej wielkości w szerokim zakresie temperatur dla konstantanu.
