WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

ской цепи, измерения мощности на УВЧ, измерения вакуума, скоростей 3. На вольтметре необходимо установить следующее положение движения жидкостей и газов, теплопроводности и т. д. Термисторы испереключателей: переключатель рода напряжений – в положение « », пользуются для стабилизации напряжения, в реле времени, в качестве т. е. постоянное напряжение; переключатель измеряемых значений – в дистанционных бесконтактных переменных сопротивлений. В лабораположение «mV – V», т. е. напряжение.

торных условиях для измерения мощности в микроволновой и инфра4. На миллиамперметре необходимо установить максимальный красной областях используются термисторные болометры, активным предел измерений, а после включения цепи, в случае необходимости, элементом которых служит маленький шарик полупроводникового мауменьшить предел измерения и рассчитать цену деления шкалы миллитериала.

амперметра.

5. После проверки правильности сбора цепи преподавателем или Порядок выполнения работы учебным мастером необходимо включить оборудование. Клавиша «СЕТЬ» Перед началом работы необходимо ознакомиться с лабораторным цифрового вольтметра расположена на его задней стенке, справа.

оборудованием, изучить обозначения и условные значки на электроиз6. Плавно регулируя напряжение в цепи движком потенциометра мерительных приборах и оснастке. Необходимо следить за правильнос интервалом в 2–3 вольта, необходимо измерить не менее пяти значестью сбора электрических цепей и положением переключателей элекний постоянных U и I для построения начального (линейного) участка троприборов, установкой вида и пределов их измерений.

графика ВАХ термистора. Зависимость U от I в прямом линейном направлении может отмечаться в интервале напряжений примерно от 0В 11 до 15В. Затем, по достижении значения Umax, должно отмечаться ви- 1. Собрать электрическую цепь по схеме (рис. 2).

димое возрастание силы тока на миллиамперметре при одновременном 2. Установить первоначально минимальное значение напряжения падении напряжения на вольтметре. Этот процесс и должен быть от- на потенциометре (крайнее левое положение движка).

ражён при построении второго участка графика ВАХ, т. н. обратно-ли- 3. Переключатель рода измеряемых значений цифрового вольтнейного. Для построения этого участка необходимо также отметить метра установить в положение «КW–МW», т. е. измерения сопротивлене менее пяти значений U и I, чтобы убедиться в том, что график ВАХ ния.

термистора имеет не прямолинейный или экспоненциальный характер 4. Включить в сеть электроприборы и измерить омметром велизависимости I от U на всём протяжении: график должен иметь линей- чину сопротивления термистора при комнатной температуре, значение ный вид в начале и обратно-линейный по достижении значения U max. которой определяется по термометру. Значение одного деления на его 7. Данные U и I для построения графика ВАХ термистора занести шкале соответствует 2 °С.

в табл. 1.

5. Повысить напряжение на нагревательном элементе при помощи движка потенциометра, передвигая его вправо до упора.

Таблица 6. Следить по термометру за повышением температуры машинU, В ного масла в стаканчике, а следовательно, и за повышением температуI, мА ры термистора.

Данные для прямолинейного Данные для обратно-линейного 7. В интервале температур от комнатной до +40 °С измерять веучастка ВАХ участка ВАХ личину сопротивления термистора при помощи омметра через каждые 2 °С, т.е. через одно деление шкалы термометра.

8. Построить график зависимости I = I (U). После выполнения за8. В интервале температур от +40 до +82 °С измерять величину дания 1 необходимо уменьшить постоянное напряжение движком посопротивления термистора через каждые 6 °С, т. е. через три деления тенциометра до минимума (крайнее левое положение) и отключить шкалы термометра.

лабораторное оборудование от сети.

9. После достижения значения температуры масла +82 °С необходимо выключить напряжение на нагревателе выводом движка потенЗадание 2. Исследование зависимости сопротивления термистора циометра влево до упора и приступить к процессу охлаждения масла и от температуры.

термистора.

10. Для того чтобы не увеличивать погрешность при получении экспериментальных данных при охлаждении термистора, желательно не использовать вентилятор охлаждения до понижения температуры +50 °С, +40 °С.

+ 11. При понижении температуры термистора необходимо произво дить измерение его сопротивления при тех же значениях температуры, что и в случае нагревания.

12. Охладив термистор до исходной комнатной температуры, сделать выводы о соответствии значений сопротивления термистора в случае нагревания и охлаждения.

13. Вычислить Rср как среднее арифметическое Rнагр и Rохл при каждой температуре.

Рис. 2: 1 – источник питания постоянного тока, 2 – цифровой омметр, 14. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 2.

3 – потенциометр, 4 – термометр в стакане с машинным маслом, 5 – лабораторная панель 13 Таблица Лабораторная работа № Т° К Изучение процессов зарядки и разрядки конденсаторов 103/ Т Rнагр Цель работы: исследование зависимости силы тока от времени Rохл при зарядке и разрядке конденсаторов.

Rсредн Приборы и принадлежности: магазин сопротивлений, переменln Rсредн ная емкость, микроамперметр, источник питания, секундомер.

15. Построить график зависимости ln RСР = f 1. Квазистационарные процессы.

T К изменяющимся со временем токам можно применять законы, T1 T2 R16. По формуле B = ln = tg вычислить В.

полученные для постоянного тока, если только изменение силы тока T2 - T1 Rпроисходит не слишком быстро.



17. Определить энергию активации (ширину запрещённой зоны Пусть в некотором контуре с постоянным током электродвижутермистора) по формуле E = 2kB.

щая сила изменилась на малую величину. Сила тока начнет изменяться, 18. Для нескольких значений температуры вычислить (Т) по но через некоторое время достигнет установившегося значения. ИзB меняя ЭДС небольшими ступенями, мы создадим в контуре ступенчато формуле (T) = -.

изменяющийся ток. К отдельным установившимся значениям этого тока Tможно применить все законы постоянного тока.

19. После окончания работы отключить от сети все электроприбоУвеличим число ступеней тока, уменьшая одновременно ширину ры и разобрать электрическую цепь.

каждой ступени. Тогда в пределе получится непрерывно изменяющийся ток.

Контрольные вопросы Если за время установления электрического равновесия в цепи 1. Каков характер температурной зависимости сопротивления для ток не успевает заметно измениться, то такой ток называется квазистаметаллов и полупроводников ционарным (медленно меняющимся). В этом случае мгновенные значе2. Объяснить механизм собственной проводимости полупроводния токов и ЭДС будут подчиняться всем законам постоянного тока.

ников и её зависимость от температуры.

Скорость установления электрического равновесия в цепях вели3. Что такое энергия активации и как её определить ка, так как электрическое возмущение по цепи передается посредством 4. Что такое термистор Для чего он применяется электромагнитных волн, скорость распространения которых 3·108 м/с.

5. Сравнить значения сопротивления термистора при нагревании Поэтому очень многие процессы можно отнести к квазистационарным.

и охлаждении, полученные при одинаковых температурах, и объяснить Все технические переменные токи являются квазистационарными. Даже разницу.

очень быстрые электромагнитные колебания, употребляемые в радиотехнике, с частотами порядка 106 с-1 подчиняются условию квазистаЛитература ционарности.

1. Детлаф А.А. и др. Электричество и магнетизм. М.: Высш. шк., 1977. (Курс физики: Т. 2). § 13.1–13.8.

2. Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1977. § 151–155.

3. Киттель Ч. Элементарная физика твёрдого тела. М.: Наука, 1965. Гл. 7.

15 Рассмотрим цепь на рис. 1. В уравнении (4) переменные разделяются, и в результате интегрирования находим:

t RC V = A e. (5) Постоянная интегрирования А зависит от начальных условий. Положим, что отсчет времени начинается с момента замыкания ключа.

µA С Тогда начальные условия имеют вид:

К t=0: U=0, V=-, (6) В этом случае A=-.

Возвращаясь к прежней переменной U, находим окончательное выражение для напряжения на конденсаторе:

U = (1- e-t / RC ). (7) При t = 0 из (7) следует: U=0 в соответствии с условием (6). Из (7) видно, что с увеличением t напряжение U непрерывно увеличивается и Рис. асимптотически приближается к ЭДС источника. Зависимость зарядного тока от времени, как следует из (1) и (7), имеет вид:

Если поставить ключ К в положение 1, то конденсатор С зарядит - U ся от источника тока. При перебрасывании ключа в положение 2 конI = = e-t / RC = I0e-t / RC. (8) денсатор будет разряжаться через сопротивление R. При зарядке и в R R процессе разрядки разность потенциалов на обкладках конденсатора Формула (8) показывает, что ток при зарядке экспоненциально изменяется со временем, и в цепи течет переменный ток. Найдем закоуменьшается от максимального значения Io до нуля.

ны изменения напряжения и силы тока со временем.

3. Разрядка конденсатора 2. Процесс зарядки конденсатора Рассмотрим теперь процесс разрядки конденсатора. Перекинем Рассмотрим процесс зарядки конденсатора. Для контура RC ключ К в положение 2. Конденсатор начнет разряжаться через сопротивление R. Положительное направление тока в контуре указано стрелвыберем направление тока, как показано на рис. 1. Применим для него кой на рис.1. Второй закон Кирхгофа для контура CRC имеет вид:

второй закон Кирхгофа. Тогда IR=U. (9) RI+U=, (1) где I – мгновенное значение силы тока, U – мгновенное значение на- q dq Кроме того, U =, I = -, так как выбранное положительное пряжения на конденсаторе.

C dt q dq направление тока соответствует уменьшению заряда конденсатора. ИсU =, I =, (2) ключая из (9) и (10) q и I, получаем:

C dt dU где q – заряд конденсатора.

+ U = 0, (11) Исключая q и I из (1) и (2), получим уравнение для U:

dt RC dU U откуда + - = 0. (3) t dt RC RC RC U = Be. (12) Введем новую переменную V=U-. Тогда из (3) следует:

Если нулевой момент времени совпадает с началом процесса разdV V рядки, то начальное условие можно записать в виде:

+ = 0. (4) dt RC t=0: U=. (13) 17 В этом случае постоянная интегрирования В=, и зависимость на- Диоды обеспечивают прохождение тока через микроамперметр в пряжения конденсатора от времени имеет вид: одном направлении независимо от процесса (как при зарядке конденсаt тора, так и при разрядке). Если ток идет от точки а к точке в, то открыRC U =e. (14) ты диоды V4, V2; если ток идет в обратном направлении – открыты диоТок разрядки:

дыV3, V1. В обоих случаях ток идет через микроамперметр от точки с к t точке d. Благодаря наличию мостика, источник питания можно подклюU e RC I = =. (15) чать в любой полярности.

R R 2. Записать значения выбранных R и С. Вычислить =RC.

При сравнении выражений (8) и (15) видно, что ток при зарядке и 3. Поставить ключ К в положение 1 (зарядка), одновременно вклюразрядке конденсатора изменяется по одному и тому же закону.





чить секундомер. Снять зависимость тока зарядки от времени. Измерения Полученные результаты показали, что процессы зарядки и разрядпроводить через малые промежутки времени (не более 5с). Результаты ки (установление электрического равновесия) происходят не мгновенно, записать в таблицу 1.

а с конечной скоростью. Для рассмотренного контура, содержащего со4. По окончании зарядки (ток упадет почти до нуля) ключ К перепротивление и емкость, скорость процесса зависит от величины =RC.

вести в положение 2 (разрядка). Перевод ключа необходимо сделать Произведение RC имеет размерность времени и называется временем быстро, так как возможна утечка заряда с конденсатора. Провести измерелаксации.

рение тока разрядки в зависимости от времени. Результаты записать в Используя выражение (15), сформулируем физический смысл таблицу 1.

времени релаксации; – это время, за которое сила разрядного или за- 5. Выбрать другие R и С так, чтобы произведение RС было таким рядного тока уменьшается в е = 2,71 раза.

же, как в первом опыте.

6. Повторить пункты 2–4 для новых R и С.

Порядок выполнения работы 7. Построить график зависимости I от t при зарядке и разрядке конЦель работы – проверить выражения (8) и (15), из которых видденсатора для двух исследованных пар RC. Все четыре кривые изобрано, что скорость изменения тока при зарядке и разрядке конденсатора зить на одном графике в одинаковом масштабе (но так, чтобы экспериопределяется произведением RC, а не значениями R и C в отдельности.

ментальные точки, относящиеся к разным кривым, отличались друг от 1. Собрать схему (рис. 2).

друга).

В отличие от схемы на рис. 1 в ней есть диодный мостик V1- V4.

8. Прологарифмируем выражение (15):

t ln I = ln I0 -. (16) - d RC V1 VИз (16) видно, что lnI линейно зависит от времени. График этой функции – прямая. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс ра a b K µА 1 вен tg = - = -.

V V3 RC Вычислить lnIзарядки и lnIразрядки для всех измеренных токов, запи + c сать результаты в таблицу 1.

С Таблица R (RC)1 (RC)t, c Iзар, Iраз, lnIзар lnIраз t, c Iзар, Iраз, lnIзар lnIраз mkA mkA mkA mkA Рис. 19 9. Построить график зависимости lnI от t в проведенных четырех Между металлами и диэлектриками находится много материалов, опытах (на одном чертеже). относящихся к полупроводникам, удельное сопротивление которых изменяется в широком интервале от 10-5 до 108 Ом•м. Электропроводность Примечание! проводника резко возрастает с температурой (у металлов же она при наЕсли работа правильно проделана, то:

гревании уменьшается). Полупроводники обладают очень высокой чув1. Экспериментальные точки четырех зависимостей I(t) в предествительностью к внешним воздействиям: изменению температуры и давлах погрешностей измерений t и I должны лечь на одну кривую. Из (8) и ления, свету, бомбардировке заряженными частицами, а также к содер(15) следует, что эта кривая является экспонентой.

жанию примесей. Эта особенность полупроводников даёт возможность 2. Экспериментальные точки зависимостей lnI(t) должны распоуправлять их свойствами.

лагаться на прямых. Так как величины I0 могут быть различны в разных Физические процессы, протекающие в полупроводнике, становятслучаях, то соответствующие прямые, имея одинаковый наклон к оси ся более наглядными, если их описать с точки зрения энергетических времени, будут смещены относительно друг друга по оси ординат.

состояний электронов. Каждый электрон обладает некоторой энергией.

Однако электроны, входящие в состав атома, не могут обладать любой Контрольные вопросы энергией, а находятся лишь в «разрешенных» энергетических состояниях. Электрон в атоме может перейти с данного энергетического уровня 1. Какие процессы называются квазистационарными Е1, на котором он находится, на более высокий уровень Е2 только скач2. Покажите расчетом, что действительно в лабораторных услоком, если ему сообщить энергию равную Е2-Е1. Обратный переход совиях процессы, происходящие с частотой вплоть до 106 с-1, можно счипровождается потерей энергии электроном.

тать квазистационарными.

В твёрдом теле энергетическое состояние электронов определяет3. Является ли процесс зарядки конденсатора квазистационарным ся не только их взаимодействием с ядром своего атома, но и электричеПочему ским полем кристаллической решетки, т. е. взаимодействием с другими 4. Рационально ли в этой работе использовать микроамперметр атомами. В результате такого взаимодействия энергетические уровни электромагнитной системы электронов расщепляются. Вместо каждого уровня изолированного атоЛитература ма в твёрдом теле, содержащем N взаимодействующих атомов, возникает N близко расположенных друг от друга энергетических уровней, ко1. Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука, 1985. § 74.

торые образуют зоны разрешенных энергий, разделённые запрещенными зонами. Это изображено на схеме (рис. 1).

Наиболее важными для полупроводников является валентная зона, Лабораторная работа № образованная уровнями энергии валентных электронов невозбуждённых Изучение основных параметров полупроводниковых диодов атомов, и ближайшая к ней разрешенная зона, называющаяся зоной проводимости. Между ними лежит запрещенная зона шириной Ез. Для пеЦель работы: снять вольтамперные характеристики селенового, рехода электрона из валентной зоны в зону проводимости ему необхокремниевого, германиевого выпрямителей в прямом и обратном направдимо сообщить энергию, превышающую ширину запрещенной зоны Ез.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.