Іс-әрекет реті
|
Жартылай өткізгіштер
Жартылай өткізгіштер — өзінің электрлік қасиеті жағынан өткізгіштер мен диэлектриктердің (мысалы, германий, кремний) арасынан орын алатын элементтер. Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігінің температураға
тәуелділігін зерттеу.(танысып шығу)
Мақсаты: оқушыларды жартылай өткізгіштің кедергісінің температураға тәуелділігімен таныстыру, одан кейін оның кедергісін суық және қыздырылған күйінде өлшеу.
Құрал-жабдықтар: жартылай өткізгішті терморезистор, вольтметр, ток көзі, кілт, жалғағыш сымдар, спирт шамы, сіріңке.
Жұмыс барысы:
Ток көзі, кілт, жалғағыш сымдарды, вольтметр мен терморезисторларды тізбектей жалғап, электр тізбегін құрастырыңдар.
Электр тізбегін тұйықтап, вольтметрдің бастапқы көрсеткішін жазып алыңдар.
Терморезисторды ақырындап спирт шамымен қыздырыңдар.
Тізбектегі токтың өсуін бақылаңдар.
Бірнеше секундтардан кейін терморезисторды қыздыруды тоқтатып, вольтметрдің көрсетуін жазыңдар.
Терморезистордың салққындаған кездегі ток күшінің азайғандығын, ал тізбектегі оның кедергісінің өскенін бақылаңдар.
Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігін зоналық теория негізінде тек кванттық механика жан-жақты түсіндіріп бере алады. Кристалдарда энергетикалық зоналардың пайда болуы металдардың, жартылай өткізгіштердің және диэлектриктерге бөлінуімен түсіндіріледі. Жартылай өткізгіштер мен диэлектриктердің екеуінде де еркін зарядты тасымалдаушылар жоқ, олардың пайда болуы үшін (электрондарды атомдардан жұлып алу үшін) белгілі бір көлемде энергия жұмсау керек. Бірақ бұл энергия диэлектриктер үшін өте үлкен, ал жартылай өткізгіштер үшін ол аз шама болуы қажет.
Егер жартылай өткізгіштің температурасы абсолют нөлге жақындаса, онда кристалдағы байланыстар бұзылмайды, сондықтан жартылай өткізгіш диэлектрикке айналады. Жартылай өткізгіштің температурасы артқанда оның атомдарының сыртқы қабатының жеке электрондары, атомнан бөлінуге жеткілікті энергия қабылдап, одан бөлініп шығып, еркін электрондарға айналады. Жартылай өткізгіштің температурасы жоғарылаған сайын, ондағы еркін электрондардың саны артады және электр өткізгіштігі жоғарылайды.
Бұл жұмыста зертханалық электропеште жартылай өткізгіш үлгісін қыздырып, температурасын өзгерткен кезде үлгінің электрлік кедергісін тікелей өлшеу арқылы электрөткізгіштіктің өзгерісі зерттеледі.
Кедергінің температуралық коэффициенті кедергінің температураға тәуелділігімен сипатталады және Кельвиннің минус бір дәрежесімен өлшенеді . Таза қоспасыз жартылай өткізгіштер үшін кедергінің температуралық коэффициенті теріс шама болып табылады. Себебі, температура жоғарылаған сайын электронның көп бөлігі өткізгіштік зонаға өтеді, сәйкесінше кемтіктердің концентрациясы көбейеді. Яғни көміртек, германий, кремний жартылай өткізгіш элементтері үшін бұл коэффициент теріс шама болып табылады, яғни температура өскен сайын кедергісі кемиді деген корытындыға келеміз.
Жартылай өткізгіш материалы болып табылатын германий тек диод пен триодта ғана кеңінен қолданылмайды, одан үлкен токқа арналған қуатты түзеткіштерді, түрлі датчиктерді, төмен температураларға арналған кедергі термометрлерін жасайды. Ең маңыздысы, бізді қоршаған әлемде көптеген заттар жартылай өткізгіштерден жасалған. Жартылай өткізгіштерді қолданатын аспаптар жетерлік. Ол қарапайым радиоқабылдағыш немесе лазер, тіпті микропроцессордағы кішкентай атомдық батарея болуы мүмкін. Жартылай өткізгішті материалдар керемет католизатор, яғни химиялық үдерістердің үдеткіші бола алатындығы анықталған. Жартылай өткізгіштердің тағы бір ерекшелігі сыртқы магнит өрісінің әсерінен ондағы электр тоғының ығысуы, осының негізінде өте сезімтал, дәл компас жасап шығаруға болады. Германий электроника мен радиотехникада шағын әрі сенімді жұмыс жасайтын қондырғыларды құрастыру үшін қолданылады.
|
Орындалуы
(оқушы толтырады)
|
Орында
|
Есептер шығару
1. Ток күші 0,1 с-та 0-ден 10 А-ге дейін бірқалыпты өзгергенде, өздік индукцияның ЭҚК-і 60 В-қа жетті. Катушканың индуктивтігі
A) 0,3 Гн B) 0,5 Гн C) 0,4 Гн D) 0,2 Гн E) 0,6 Гн
2. Рентген түтікшесі 50 кВ кернеумен жұмыс істейді. Сәуле шығарудың максимал жиілігі ( h = 6,63∙10–34Дж∙с;
е = 1,6∙10–19 Кл)
A) ≈3,4∙109 Гц B) ≈2,6∙1019 Гц C) ≈2,4 ∙1015 Гц D) ≈1,2∙1019 Гц E) ≈25∙1016 Гц
3. 5 моль температурасы 17ºС гелийді адиабаталық сыққанда істелген жұмыс 2,49 кДж болса, газдың соңғы температурасы (R=8,31 Дж/моль·К)
A) ºС B) ºС C) ºС D) ºС E) ºС
|
|
