Lavoro di laboratorio n. 8 "Misurare l'accelerazione di gravità usando un pendolo".

Lo scopo del lavoro: calcolare l'accelerazione di caduta libera dalla formula per il periodo di oscillazione di un pendolo matematico:

Per fare ciò, è necessario misurare il periodo di oscillazione e la lunghezza della sospensione del pendolo. Quindi dalla formula (1) possiamo calcolare l'accelerazione di caduta libera:

Misurazione:

1) un orologio con lancetta dei secondi;

2) metro a nastro (Δ l = 0,5 cm).

Materiali: 1) una palla bucata; 2) filo; 3) treppiede con frizione e anello.

Ordine di lavoro

1. Posiziona un treppiede sul bordo del tavolo. Alla sua estremità superiore, rinforza l'anello con un accoppiamento e appendi una palla su un filo da esso. La palla dovrebbe essere appesa a una distanza di 3-5 cm dal pavimento.

2. Deviare il pendolo dalla posizione di equilibrio di 5-8 cm e rilasciarlo.

3. Misurare la lunghezza del gancio con un metro.

4. Misurare il tempo Δt 40 oscillazioni complete (N).

5. Ripetere le misurazioni di Δt (senza modificare le condizioni dell'esperimento) e trovare il valore medio di Δt cfr.

6. Calcolare il valore medio del periodo di oscillazione T avg dal valore medio di Δt avg.

7. Calcola il valore di g cp usando la formula:

8. Inserisci i risultati nella tabella:

Numero	l, m	N	Δt, s	Δtav, s

9. Confrontare il valore medio ottenuto per g cp con il valore g = 9,8 m/s 2 e calcolare l'errore di misura relativo utilizzando la formula:

Mentre studiavi fisica, spesso dovevi usare il valore dell'accelerazione di caduta libera sulla superficie terrestre per risolvere problemi e altri calcoli. Hai preso il valore g \u003d 9,81 m / s 2, cioè con una precisione abbastanza sufficiente per i tuoi calcoli.

Lo scopo di questo lavoro di laboratorio è di stabilire sperimentalmente l'accelerazione di caduta libera utilizzando un pendolo. Conoscere la formula per il periodo di oscillazione di un pendolo matematico T =

si può esprimere il valore di g in termini di quantità che possono essere facilmente stabilite sperimentalmente e calcolare g con una certa precisione. Esprimere

dove l è la lunghezza della sospensione e T è il periodo di oscillazione del pendolo. Il periodo di oscillazione del pendolo T è facilmente determinabile misurando il tempo t necessario per un certo numero N di oscillazioni complete del pendolo

Un pendolo matematico è un peso sospeso da un sottile filo inestensibile, le cui dimensioni sono molto inferiori alla lunghezza del filo, e la massa è molto maggiore della massa del filo. La deviazione di questo carico dalla verticale avviene con un angolo infinitamente piccolo e non c'è attrito. In condizioni reali, la formula

è approssimativo.

Considera un tale corpo (nel nostro caso, una leva). Su di essa agiscono due forze: il peso dei carichi P e la forza F (l'elasticità della molla del dinamometro), per cui la leva è in equilibrio ed i momenti di queste forze devono essere uguali in valore assoluto tra loro. Verranno determinati rispettivamente i valori assoluti dei momenti delle forze F e P:

In condizioni di laboratorio, per misurare con un certo grado di precisione, è possibile utilizzare una piccola ma massiccia palla di metallo sospesa su un filo lungo 1-1,5 m (o più lungo, se è possibile posizionare una tale sospensione) e deviarla con una piccola angolazione. Il corso del lavoro è del tutto chiaro dalla sua descrizione nel libro di testo.

Mezzo di misura: cronometro (Δt = ±0,5 s); righello o metro (Δl = ±0,5 cm)

Lavoro di laboratorio №8.

"Misurazione del diametro e delle deviazioni di forma della superficie del foro con un indicatore all'interno del calibro".

Lo scopo del lavoro: padroneggiare i metodi di misurazione con un calibro indicatore

diametri del foro e deviazioni della forma del foro.

Compito: misurare il diametro e le deviazioni di forma della superficie

fori nelle parti a boccola con una pinza indicatore.

Equipaggiamento: Calibro indicatore con una testa.

Misure finali di lunghezza (KMD).

Accessori per KMD.

Dettagli del tipo di boccola e relativo disegno.

1. Parte teorica

Le misure dei fori sono accettabili se ≤ cioè l'errore limite di misurare la testa è inferiore all'errore consentito di misurare il foro.

2. Calibro indicatore.

Il tubo 4 (Fig. 1) con un'impugnatura termoisolante 6 funge da base per il calibro dell'indicatore L'apertura superiore del tubo con il morsetto 8 viene utilizzata per installare il manicotto della testa di misurazione o del comparatore.

Nella parte inferiore del tubo è presente una testa di misura interna, costituita da un corpo 9, un ponte di centraggio 11 e aste-punte di misura - mobili 1 e rigide 10. Il movimento del puntale 1 tramite la leva 2, lo stelo 3 e la vite senza fine 5 viene trasmessa alla testa di misura. Il ponte di centraggio 2 fa coincidere l'asse di misura del calibro interno (asse della punta a1 e 10) con il diametro del foro del pezzo misurato (Fig. 2)

Durante la misurazione, è necessario scuotere il calibro interno sul piano assiale nella sezione longitudinale e trovare la posizione minima lungo la freccia della testa di misurazione, ad es. perpendicolare ad entrambi i generatori del foro.

Vengono prodotti calibri interni con ponte di centraggio con campo di misura: mm: 6…10; 10…18; 18…50; 50…100; 100…160; 160…250; 250…450; 450…700; 700…1000.

Per misurare fori di piccolo diametro, sono accettati calibri interni con inserti sferici (Fig. 3) gli inserti sferici hanno intervalli: mm: 3 ... 6; 6…10; 10…18.

Per impostare l'indicatore all'interno dei calibri su "0", vengono utilizzati anelli di regolazione o set di misure finali (KMD) e pareti laterali. Il blocco KMD viene selezionato e installato nel supporto insieme alle pareti laterali. L'operazione quando è impostato su "0" è la stessa di quando si misura un pezzo.

2.1 Testa di misura.

La testa di misurazione converte i piccoli movimenti della punta di misurazione in grandi movimenti del puntatore del dispositivo di segnalazione.

La figura 4 mostra un comparatore. L'asta di misurazione 1 dell'indicatore ha una guida che si aggancia alla ruota dentata 5 e trasmette il movimento al tubo 9 e alle frecce 8 attraverso la ruota dentata 9. Per impostarlo a "0", la scala rotonda del quadrante ruota insieme al bordo 2. Freccia 6 mostra il numero di giri della freccia 8.

I comparatori hanno un diametro del manicotto di 8 mm, una corsa dell'asta di misurazione di 2; 5 o 10 mm e un prezzo di divisione di 0,01 mm.

Nelle teste di misura dentate a leva, il movimento della punta di misurazione (giri) attraverso il sistema di leve viene trasmesso al settore degli ingranaggi, che fa girare la ruota dentata e la freccia che si trova sull'asse della ruota. Le teste hanno un valore di divisione di 0,001 mm e 0,002 mm, un campo di misura di ± 0,05 mm ... 5 mm (multigiro).

2.2 Preparazione per la misurazione.

1. Fissare la testa di misura nel tubo dell'alesometro. Per fare ciò, inserire il manicotto della testina di misurazione nel foro del tubo in modo che la sfera della punta di misurazione tocchi l'estremità dell'asta e la scala del quadrante sia girata di lato con il ponte di centraggio e fissare la testina di misurazione con un morsetto, mentre la freccia dovrebbe fare un giro completo. Allo stesso tempo, è necessario mantenere la libertà di movimento dell'asta di misurazione della testa.

2. Comporre il blocco CMD in base alla dimensione nominale del foro e fissarlo tra i lati nel supporto CMD. Pre-pulire le piastrelle e le pareti laterali con benzina. Pulisci la superficie del foro alterata con un panno pulito.

3. verificare la rispondenza dei limiti di misura del calibro interno alla dimensione del foro di misura. Se non corrispondono, sostituire l'asta di misurazione intercambiabile o selezionare un set di prolunghe e rondelle per un'asta in mescola rigida (a seconda del tipo di calibro interno).

2.3 Impostare l'indicatore interno su "0".

1. Prendere il calibro interno per l'impugnatura termoisolante e inserire il calibro di profondità tra i lati.

2. Osservando la freccia della testa e spostando il calibro interno tra i lati facendo oscillare e ruotando attorno all'asse del tubo (vedi diagramma), posizionare il calibro interno nella posizione che corrisponde alla distanza minima tra le superfici di misura dei lati . In questo caso, la freccia raggiungerà la divisione più lontana * (in senso orario) e tornerà indietro. Per entrambi i tipi di movimento (oscillazione e virata), questa divisione deve corrispondere.

3. Ricordare questa divisione, rimuovere la pinza dalle pareti laterali e ruotare la scala nella posizione indicata con il bordo del quadrante (o la vite di regolazione su "0").

4.Controllare l'impostazione su "0". Nella posizione corretta, l'ago dell'indicatore dovrebbe puntare su 0.

2.4 Misura del diametro del foro.

1. Prendere il calibro con la mano destra per l'impugnatura termoisolante e, tenendo il pezzo con la sinistra, inserire il calibro nel foro del pezzo misurato con il dosatore rivolto verso l'alto e la scala verso di sé. Per fare ciò, è necessario inserire un'asta mobile con ponte a una profondità ridotta inclinando il calibro interno, quindi raddrizzarla in modo che l'asta rigida poggi contro la parete opposta del foro.

2. Sposta il calibro nella sezione desiderata e, scuotendolo su un piano verticale lontano da te - verso di te, nota la divisione più lontana della scala, a cui arriva la freccia.

Una deviazione in senso orario della freccia da "0" indica una diminuzione della dimensione del diametro del foro e un segno "-", e una deviazione in senso antiorario indica una diminuzione del diametro e un segno "+".

4. Prendere la lettura del calibro, tenendo conto della divisione in scala della testa e del segno, e annotarla nella tabella di riferimento. Le misurazioni devono essere effettuate per ciascuna sezione in due direzioni reciprocamente perpendicolari.

Riso. 1 Calibro indicatore

Riso. 4 Indicatore del quadrante

3. Risultati della misurazione.

1. Tenendo conto della dimensione nominale del blocco KMD, calcolare le dimensioni effettive della parte.

2. Confrontare le dimensioni della parte con le dimensioni limite consentite e formulare una conclusione sull'idoneità della parte.

Dopo aver considerato le dimensioni della parte per sezioni, determinare le deviazioni della forma della parte dalla cilindricità.

3.Compila una relazione sul lavoro.

Dopo aver controllato i risultati della misurazione da parte dell'insegnante, strofinare il calibro, la testa, il KMD e gli accessori con un panno asciutto e riporli negli astucci. Riordina il posto di lavoro.

Bersaglio– per determinare il momento d'inerzia del corpo con il metodo delle vibrazioni torsionali.

Dispositivi e materiali: installazione di misurazione, set di corpi, cronometro.

Descrizione del metodo di installazione e misurazione

Il dispositivo di misura è un disco tondo sospeso su un filo elastico di acciaio e progettato per accogliere corpi il cui momento d'inerzia deve essere determinato (Fig. 8.1).

Riso. 8.1

Il dispositivo viene centrato tramite due pesi mobili fissati sul disco. Ruotando il disco del dispositivo di una certa angolazione attorno all'asse verticale, la sospensione in acciaio viene attorcigliata.

Quando il corpo ruota di un angolo , il filo si attorciglia e si genera un momento di forza M cercando di riportare il corpo in una posizione di equilibrio. L'esperimento mostra che in un intervallo abbastanza ampio il momento delle forze M proporzionale all'angolo di torsione  , cioè.
(confrontare: forza elastica
). Il disco viene rilasciato, consentendogli di eseguire vibrazioni torsionali. Il periodo delle vibrazioni torsionali è determinato dall'espressione
, dove f– modulo di torsione; Jè il momento d'inerzia del sistema oscillante.

Per strumento
. (8.1)

L'uguaglianza (8.1) contiene due incognite f e J eccetera. Pertanto, è necessario ripetere l'esperimento, dopo aver posizionato un corpo di riferimento con un momento di inerzia noto sul disco di installazione. Viene preso come standard un cilindro pieno, il cui momento d'inerzia è J questo .

Determinato il nuovo periodo di oscillazione del dispositivo con lo standard, componiamo un'equazione simile all'equazione (8.1):

. (8.2)

Risolvendo il sistema di equazioni (8.1) e (8.2), determiniamo il modulo di torsione f e il momento di inerzia del dispositivo J eccetera con questa posizione di carico. (Derivazione di formule di calcolo per f e J eccetera fai da te in preparazione per il lavoro di laboratorio e includilo nel rapporto). Dopo aver rimosso lo standard, sul disco del dispositivo viene posizionato un corpo, il cui momento d'inerzia rispetto all'asse del dispositivo deve essere determinato. L'installazione viene centrata e il periodo delle vibrazioni torsionali viene nuovamente determinato T 2 , che in questo caso può essere scritto come

. (8.3)

Conoscere e f, calcolare il momento d'inerzia del corpo rispetto all'asse del dispositivo in base alla formula (8.3).

I dati di tutte le misurazioni e calcoli sono inseriti nella tabella. 8.1.

Tabella 8.1

Grandezze misurate e calcolate per la determinazione del momento d'inerzia mediante il metodo della vibrazione torsionale

	t eccetera	T eccetera	t 1	T 1	t 2	T 2
		< T eccetera >=	< T 1 >= < ¦ >= < J eccetera >=	< T 2 >= < J t >

Compito 1. Determinazione dei periodi di vibrazioni torsionali di un dispositivo, un dispositivo con uno standard, un dispositivo con un corpo

1. Misura il tempo con un cronometro t eccetera 20-30 vibrazioni complete del dispositivo e determinare
.

2. Ripetere l'esperimento 5 volte e determinare < T eccetera > .

3. Posizionare uno standard sul disco del dispositivo e determinare allo stesso modo < T 1 >.

4. Posizionare il corpo sul disco del dispositivo, centrare l'installazione, determinare < T 2 > .

Registrare i risultati della misurazione nella tabella. 8.1

MINISTERO DELL'EDUCAZIONE DELLA FEDERAZIONE RUSSA

UNIVERSITÀ AEROSPAZIALE DELLO STATO SIBERIANO

intitolato all'accademico M.F. Reshetnev

Dipartimento di Fisica Tecnica

Laboratorio n. 8

METODO A QUATTRO SONDE PER LA MISURA DELLA RESISTENZA DEI SEMICONDUTTORI

Linee guida per l'esecuzione del lavoro di laboratorio sul corso "Elettronica allo Stato Solido"

Compilato da: Parshin A.S.

Krasnojarsk 2003

Lavoro di laboratorio №8. Metodo a quattro sonde per misurare la resistenza dei semiconduttori1

Teoria del metodo . 1

Setup sperimentale . 3

Ordine di lavoro .. 5

Requisiti di formattazione del rapporto . 7

domande di prova .. 7

Letteratura . 7

Lavoro di laboratorio №8. Quattro sondemetodo di misurazione della resistenza dei semiconduttori

Obbiettivo: studio della dipendenza dalla temperatura dello specifico resistenza elettrica semiconduttore con il metodo delle quattro sonde, determinazione del gap di banda di un semiconduttore.

Teoria del metodo

Quattro sonde il metodo per misurare la resistività dei semiconduttori è il più comune. Il vantaggio di questo metodo è che la sua applicazione non richiede la creazione di contatti ohmici al campione; è possibile misurare la resistività di campioni delle più diverse forme e dimensioni. La condizione per il suo utilizzo in termini di forma del campione è la presenza di una superficie piana, le cui dimensioni lineari superano le dimensioni lineari del sistema di sonde.

Il circuito per misurare la resistenza con il metodo a quattro sonde è mostrato in fig. 1. Quattro sonde metalliche con una piccola area di contatto sono posizionate lungo una linea retta sulla superficie piana del campione. Distanze tra le sonde s 1 , s2 e s3 . Tramite sonde esterne 1 e 4 passare la corrente elettrica io 14 , su sonde interne 2 e 3 misurare la differenza di potenziale U23 . Per valori misurati io 14 e U23 si può determinare la resistività di un semiconduttore.

Per trovare la formula di calcolo della resistività, consideriamo prima il problema della distribuzione del potenziale attorno a una sonda puntiforme separata (Fig. 2). Per risolvere questo problema, è necessario scrivere l'equazione di Laplace in un sistema di coordinate sferiche, perché la distribuzione potenziale ha simmetria sferica:

.(1)

La soluzione dell'equazione (1) prevedeva che il potenziale a r=0 positivo, tende a zero, molto ampio r ha la seguente forma

Costante di integrazione Insieme a può essere calcolato dalla condizione per l'intensità del campo elettrico e una certa distanza dalla sonda r=r0 :

.

Poiché la densità della corrente che scorre attraverso un emisfero con un raggio r0 , j =io/(2πr0 2), e secondo la legge di Ohm j =e/ρ , poi e(r0)=io ρ / (2π r0 2).

così

Se il raggio di contatto r1 , quindi il potenziale della sua punta

È ovvio che il potenziale sul campione nel punto di contatto con la sonda ha lo stesso valore. Secondo la formula (3), ne consegue che la caduta di tensione principale si verifica nella regione di vicino contatto e, quindi, il valore della corrente che attraversa il campione è determinato dalla resistenza della regione di vicino contatto. La lunghezza di questa regione è minore, minore è il raggio della sonda.

Il potenziale elettrico in qualsiasi punto del campione può essere trovato come somma algebrica dei potenziali creati in quel punto dalla corrente di ciascuna sonda. Per la corrente che fluisce nel campione, il potenziale è positivo e per la corrente che esce dal campione è negativo. Per il sistema di sonde mostrato in fig. 1, i potenziali delle sonde di misura 2 e 3

;

.

Differenza potenziale tra i contatti di misura 2 e 3

Da qui la resistività del campione

.(5)

Se le distanze tra le sonde sono le stesse, ad es. s 1 = s 2 = s 3 = s , poi

Quindi, per misurare lo specifico resistenza elettrica campione utilizzando il metodo delle quattro sonde, è sufficiente misurare la distanza tra le sonde S , caduta di tensione U23 sulle sonde di misura e la corrente che scorre attraverso il campione io 14 .

Setup sperimentale

La configurazione di misurazione è realizzata sulla base di un supporto da laboratorio universale. In questo lavoro di laboratorio vengono utilizzati i seguenti dispositivi e apparecchiature:

1. Camera termica con campione e testa di misura;

2. Sorgente CC TES-41;

3. Sorgente di tensione CC B5-47;

4. Voltmetri digitali universali V7-21A;

5. Fili di collegamento.

Lo schema a blocchi del setup sperimentale è mostrato in fig. 3.

Il campione viene posto sul piano di misurazione della camera di calore. La testina di misurazione viene premuta dal meccanismo a molla del manipolatore sulla superficie piana levigata del campione. All'interno del tavolo di misurazione è presente un riscaldatore, che è alimentato da una sorgente di corrente continua stabilizzata TES-41, funzionante nella modalità di stabilizzazione della corrente. La temperatura del campione è controllata da una termocoppia o resistenza termica. Per velocizzare il processo di misura è possibile utilizzare le curve graduate presentate in appendice, che consentono di determinare la temperatura del campione dalla corrente del riscaldatore. Il valore della corrente del riscaldatore viene misurato da un amperometro integrato nella sorgente di corrente.

Corrente tramite contatti 1 e 4 viene creato utilizzando una sorgente DC stabilizzata regolabile B7-47 e controllata da un dispositivo digitale universale V7-21A, acceso in modalità amperometro. La tensione che si verifica tra le sonde di misura 2 e 3 viene rilevata da un voltmetro digitale ad alta resistenza V7-21A. Le misurazioni devono essere eseguite alla corrente più bassa attraverso il campione, determinata dalla possibilità di misurare basse tensioni. A correnti elevate è possibile il riscaldamento del campione, che distorce i risultati della misurazione. Riducendo la corrente di esercizio si riduce contemporaneamente la modulazione della conducibilità del campione causata dall'iniezione di portatori di carica durante il flusso di corrente.

Il problema principale nella misurazione resistenza elettrica i metodi della sonda è il problema dei contatti. Per i campioni ad alto vuoto, a volte è necessario eseguire la formatura elettrica dei contatti per ottenere basse resistenze di contatto. La formazione dei contatti della sonda di misura avviene applicando brevemente alla sonda di misura una tensione costante di diverse decine o addirittura centinaia di volt.

Ordine di lavoro

1. Familiarizzare con la descrizione dei dispositivi necessari per eseguire il lavoro. Montare lo schema del dispositivo di misurazione secondo la fig. 3. Quando si collegano i voltmetri universali V7-21A, prestare attenzione che uno debba funzionare nella modalità di misurazione della tensione, l'altro nella misurazione della corrente. Nel diagramma, sono indicati da icone. " te" e " IO" rispettivamente. Verificare la corretta impostazione degli interruttori di modalità su questi dispositivi.

2. Dopo aver verificato la correttezza dell'assemblaggio dell'impianto di misurazione da parte dell'insegnante o dell'ingegnere, accendere i voltmetri e la sorgente di tensione B7-47.

3. Impostare la tensione della sorgente B7-47 su 5V. Se la tensione e la corrente sul campione cambiano nel tempo, con l'aiuto di insegnanti o di un ingegnere, stampaggio elettrico dei contatti della sonda di misurazione.

4. Eseguire misurazioni della caduta di tensione u+ 23 e u– 23 per diverse direzioni di corrente io 14 . I valori di tensione ottenuti vengono mediati per th, in modo da escludere in questo modo il termo-EMF longitudinale che si forma sul campione a causa del gradiente di temperatura. Inserisci i dati dell'esperimento e i calcoli dei valori di stress nella Tabella 1.

Modulo tabella 1

	carico, A	T,K	io 14, mA	u + 23 , A	u – 23 , A

5. Ripetere le misurazioni a una temperatura del campione diversa. Per fare ciò, è necessario impostare la corrente del riscaldatore della camera termica io carico,= 0,5 A, attendere 5–10 minuti affinché la temperatura del campione si stabilizzi e registrare le letture dello strumento nella Tabella 1. Determinare la temperatura del campione utilizzando la curva di calibrazione presentata nell'Appendice.

6. Allo stesso modo, eseguire misurazioni in sequenza per i valori di corrente del riscaldatore di 0,9, 1,1, 1,2, 1,5, 1,8 A. Registrare i risultati di tutte le misurazioni nella Tabella 1.

7. Elaborare i risultati sperimentali ottenuti. Per fare ciò, utilizzando i risultati presentati nella tabella 1, calcolare 10 3 /T , specifica resistenza elettrica campione ad ogni temperatura ρ secondo la formula (6), conducibilità elettrica

logaritmo naturale della conducibilità elettrica ln σ . Registrare tutti i risultati di calcolo nella tabella 2.

Modulo tabella 2

	T, K	, K-1	ρ, Ohm m	σ, (Ohmm) -1	log σ

8. Costruisci un grafico delle dipendenze. Analizzare l'andamento delle curve, segnare le aree di impurità e conducibilità intrinseca. una breve descrizione del compito impostato nel lavoro;

· diagramma di impostazione della misurazione;

· risultati di misurazioni e calcoli;

· grafico delle dipendenze;

· analisi dei risultati ottenuti;

· conclusioni di lavoro.

domande di prova

1. Semiconduttori intrinseci ed estrinseci. Struttura a bande di semiconduttori intrinseci e di impurità. larghezza del gap di banda. Energia di attivazione delle impurità.

2. Meccanismo di conducibilità elettrica di semiconduttori intrinseci ed estrinseci.

3. Dipendenza dalla temperatura della conducibilità elettrica dei semiconduttori intrinseci.

4. Dipendenza dalla temperatura della conducibilità elettrica dei semiconduttori di impurità.

5. Determinazione del band gap e dell'energia di attivazione di un'impurità dalla dipendenza dalla temperatura della conducibilità elettrica.

6. Quattro sonde Metodo di misurazione resistenza elettrica semiconduttori: scopo, vantaggi e svantaggi.

7. Il problema della distribuzione del potenziale del campo elettrico in prossimità della sonda.

8. Derivazione della formula di calcolo (6).

9. Schema e principio di funzionamento dell'impianto sperimentale.

10. Spiegare il grafico di dipendenza ottenuto sperimentalmente, come è stato determinato il gap di banda da questo grafico?

Letteratura

1. Pavlov LP Metodi per misurare i parametri dei materiali semiconduttori: un libro di testo per le università. - M.: Più in alto. scuola., 1987.- 239 p.

2. Lysov V.F. Workshop sulla fisica dei semiconduttori. –M.: Illuminismo, 1976.- 207 p.

3. Epifanov GI, Moma Yu.A. Elettronica a stato solido: tutorial. per studenti universitari. - M.: Più in alto. scuola., 1986.- 304 p.

4. Ch. Kittel, Introduzione alla fisica dello stato solido. - M.: Nauka, 1978. - 792 pag.

5. Shalimova KV Fisica dei semiconduttori: libro di testo per le scuole superiori. - M.: Energia, 1971. - 312 p.

6. Fridrikhov SA, Movnin S.M. Fondamenti fisici della tecnologia elettronica: un libro di testo per le università. - M.: Più in alto. scuola., 1982.- 608 p.

In questa lezione considereremo l'applicazione pratica delle conoscenze acquisite sull'esempio del lavoro di laboratorio in fisica per misurare il calore specifico di un solido. Conosceremo l'attrezzatura principale che sarà necessaria per condurre questo esperimento e considereremo la tecnologia per condurre lavori pratici sulla misurazione di quantità fisiche.

1. Metti un cilindro di metallo in un bicchiere di acqua calda e misura la sua temperatura con un termometro. Sarà uguale alla temperatura del cilindro, poiché dopo un certo tempo le temperature dell'acqua e del cilindro si equalizzeranno.

2. Quindi versiamo acqua fredda nel calorimetro e misuriamo la sua temperatura.

3. Successivamente, mettiamo il cilindro legato su un filo in un calorimetro con acqua fredda e, mescolando l'acqua al suo interno con un termometro, misuriamo la temperatura stabilita a seguito del trasferimento di calore (Fig. 6).

Riso. 6. Avanzamento del laboratorio

La temperatura finale stazionaria misurata nel calorimetro e altri dati ci permetteranno di calcolare la capacità termica specifica del metallo di cui è fatto il cilindro. Calcoleremo il valore desiderato in base al fatto che, durante il raffreddamento, il cilindro emette esattamente la stessa quantità di calore che riceve l'acqua quando riscaldata, si verifica il cosiddetto scambio termico (Fig. 7).

Riso. 7. Trasferimento di calore

Di conseguenza, otteniamo le seguenti equazioni. Per riscaldare l'acqua, la quantità di calore necessaria è:

, dove:

Capacità termica specifica dell'acqua (valore di tabella), ;

La massa d'acqua, che può essere determinata con la bilancia, kg;

La temperatura finale dell'acqua e del cilindro, misurata con un termometro, o ;

La temperatura iniziale dell'acqua fredda, misurata con un termometro, o.

Quando un cilindro metallico si raffredda, la quantità di calore rilasciata è:

, dove:

Capacità termica specifica del metallo di cui è composto il cilindro (valore desiderato), ;

La massa del cilindro, che può essere determinata con la bilancia, kg;

La temperatura dell'acqua calda e, di conseguenza, la temperatura iniziale del cilindro, misurata con un termometro, o ;

La temperatura finale dell'acqua e del cilindro, misurata con un termometro, o.

Commento. In entrambe le formule, sottraiamo la temperatura minore dalla temperatura maggiore per determinare il valore positivo della quantità di calore.

Come accennato in precedenza, nel processo di trasferimento del calore, la quantità di calore ricevuta dall'acqua è uguale alla quantità di calore sprigionata dal cilindro metallico:

Pertanto, la capacità termica specifica del materiale del cilindro è:

È conveniente registrare i risultati ottenuti in qualsiasi lavoro di laboratorio in una tabella ed eseguire diverse misurazioni e calcoli per ottenere un risultato medio, il più accurato possibile, approssimativo. Nel nostro caso, la tabella potrebbe assomigliare a questa:

Massa d'acqua nel calorimetro	Temperatura iniziale dell'acqua	Peso del cilindro	Temperatura iniziale del cilindro	Temperatura finale

Conclusione: il valore calcolato della capacità termica specifica del materiale del bollitore.

Oggi abbiamo esaminato la metodologia per condurre il lavoro di laboratorio sulla misurazione del calore specifico di un solido. Nella prossima lezione parleremo del rilascio di energia durante la combustione del carburante.

Bibliografia

1. Gendenstein LE, Kaidalov AB, Kozhevnikov VB / Ed. Orlova VA, Roizena I.I. Fisica 8. - M.: Mnemosine.
2. Peryshkin AV Fisica 8. - M.: Otarda, 2010.
3. Fadeeva AA, Zasov AV, Kiselev DF Fisica 8. - M.: Illuminismo.

1. Portale Internet "5terka.com" ()
2. Portale Internet "k2x2.info" ()
3. Portale Internet "youtube.com" ()

Compiti a casa

1. In quale fase del lavoro di laboratorio è probabile che si verifichi l'errore di misurazione maggiore?
2. Quali dovrebbero essere i materiali e il design del calorimetro per ottenere i risultati di misurazione più accurati?
3. *Suggerisci il tuo metodo per misurare la capacità termica specifica di un liquido.