งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 8 "การวัดความเร่งของการตกอย่างอิสระโดยใช้ลูกตุ้ม"

วัตถุประสงค์ของงาน: เพื่อคำนวณความเร่งของการตกอย่างอิสระจากสูตรสำหรับคาบการสั่นของลูกตุ้มคณิตศาสตร์:

ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องวัดระยะเวลาของการแกว่งและความยาวของการแขวนของลูกตุ้ม จากสูตร (1) เราสามารถคำนวณความเร่งการตกอย่างอิสระได้:

วัด:

1) นาฬิกามือสอง;

2) ตลับเมตร (Δ l = 0.5 ซม.)

วัสดุ: 1) ลูกบอลที่มีรู; 2) ด้าย; 3) ขาตั้งกล้องพร้อมคลัตช์และแหวน

สั่งงาน

1. วางขาตั้งกล้องไว้ที่ขอบโต๊ะ ที่ปลายด้านบนเสริมความแข็งแรงของแหวนด้วยคัปปลิ้งแล้วแขวนลูกบอลบนด้ายจากนั้น ลูกควรแขวนห่างจากพื้น 3-5 ซม.

2. เคลื่อนลูกตุ้มออกจากตำแหน่งสมดุล 5-8 ซม. แล้วปล่อย

3.วัดความยาวของไม้แขวนเสื้อด้วยสายวัด

4. วัดเวลา Δt 40 การแกว่งที่สมบูรณ์ (N)

5. ทำซ้ำการวัดของ Δt (โดยไม่เปลี่ยนเงื่อนไขของการทดลอง) และหาค่าเฉลี่ยของ Δt cf

6. คำนวณค่าเฉลี่ยของช่วงเวลาการแกว่ง T เฉลี่ยจากค่าเฉลี่ยของ Δt เฉลี่ย

7. คำนวณค่าของ g cp โดยใช้สูตร:

8. ป้อนผลลัพธ์ในตาราง:

ตัวเลข	ล, ม	นู๋	Δt, ส	Δtav, ส

9. เปรียบเทียบค่าเฉลี่ยที่ได้รับสำหรับ g cp กับค่า g = 9.8 m/s 2 และคำนวณข้อผิดพลาดในการวัดสัมพัทธ์โดยใช้สูตร:

ขณะเรียนฟิสิกส์ คุณมักจะต้องใช้ค่าความเร่งของการตกอย่างอิสระบนพื้นผิวโลกในการแก้ปัญหาและการคำนวณอื่นๆ คุณได้รับค่า g \u003d 9.81 m / s 2 นั่นคือมีความแม่นยำเพียงพอสำหรับการคำนวณของคุณ

จุดประสงค์ของแล็บนี้คือการทดลองหาความเร่งการตกอย่างอิสระโดยใช้ลูกตุ้ม รู้สูตรคาบการแกว่งของลูกตุ้มคณิตศาสตร์ T =

เราสามารถแสดงค่าของ g ในรูปของปริมาณที่สามารถสร้างได้ง่ายโดยการทดลองและคำนวณ g ได้อย่างแม่นยำ ด่วน

โดยที่ l คือความยาวของช่วงล่าง และ T คือคาบการสั่นของลูกตุ้ม ระยะเวลาของการแกว่งของลูกตุ้ม T นั้นง่ายต่อการกำหนดโดยการวัดเวลา t ที่จำเป็นสำหรับจำนวน N ของการแกว่งที่สมบูรณ์ของลูกตุ้ม

ลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์คือน้ำหนักที่ห้อยลงมาจากเกลียวบาง ๆ ที่ไม่สามารถขยายออกได้ ซึ่งมีขนาดน้อยกว่าความยาวของเกลียวมาก และมวลมากกว่ามวลของเกลียวมาก ความเบี่ยงเบนของภาระนี้จากแนวตั้งเกิดขึ้นที่มุมเล็กๆ อย่างอนันต์ และไม่มีแรงเสียดทาน ในสภาพจริงสูตร

เป็นค่าประมาณ

พิจารณาร่างดังกล่าว (ในกรณีของเราคือคันโยก) แรงสองอันกระทำกับมัน: น้ำหนักของโหลด P และแรง F (ความยืดหยุ่นของสปริงไดนาโมมิเตอร์) เพื่อให้คันโยกอยู่ในสมดุลและโมเมนต์ของแรงเหล่านี้จะต้องเท่ากันในค่าสัมบูรณ์ซึ่งกันและกัน ค่าสัมบูรณ์ของโมเมนต์ของแรง F และ P จะถูกกำหนดตามลำดับ:

ในห้องปฏิบัติการ หากต้องการวัดด้วยระดับความแม่นยำระดับหนึ่ง คุณสามารถใช้ลูกบอลโลหะขนาดเล็กแต่ใหญ่ที่ห้อยอยู่บนเกลียวที่ยาว 1-1.5 ม. (หรือนานกว่านั้น หากวางระบบกันกระเทือนดังกล่าวได้) และเบี่ยงเบนไปทางมุมเล็กน้อย ขั้นตอนการทำงานมีความชัดเจนจากคำอธิบายในตำราเรียน

วิธีการวัด: นาฬิกาจับเวลา (Δt = ±0.5 s); ไม้บรรทัดหรือตลับเมตร (Δl = ±0.5 ซม.)

งานห้องปฏิบัติการ№8

"การวัดเส้นผ่านศูนย์กลางและความเบี่ยงเบนรูปร่างของพื้นผิวรูด้วยตัวระบุด้านใน"

วัตถุประสงค์ของงาน : เพื่อเชี่ยวชาญวิธีการวัดด้วยตัวบ่งชี้คาลิปเปอร์

เส้นผ่านศูนย์กลางของรูและการเบี่ยงเบนรูปร่างของรู

ภารกิจ: วัดเส้นผ่านศูนย์กลางและส่วนเบี่ยงเบนรูปร่างของพื้นผิว

รูในชิ้นส่วนประเภทบุชชิ่งพร้อมคาลิปเปอร์ตัวบ่งชี้

อุปกรณ์ : ตัวบ่งชี้คาลิปเปอร์พร้อมหัว

การวัดระยะท้าย (KMD)

อุปกรณ์เสริมสำหรับ KMD

รายละเอียดของประเภทบุชชิ่งและรูปวาด

1. ส่วนทฤษฎี

การวัดรูเป็นที่ยอมรับได้ถ้า ≤ กล่าวคือ ข้อผิดพลาดที่ จำกัด ในการวัดส่วนหัวน้อยกว่าข้อผิดพลาดที่อนุญาตในการวัดรู

2. ตัวบ่งชี้คาลิปเปอร์

ท่อ 4 (รูปที่ 1) พร้อมที่จับฉนวนความร้อน 6 ทำหน้าที่เป็นฐานของ caliper ตัวบ่งชี้ รูบนของท่อที่มีแคลมป์ 8 ใช้สำหรับติดตั้งปลอกของหัววัดหรือตัวระบุหน้าปัด

ในส่วนล่างของท่อจะมีหัววัดด้านในประกอบด้วยตัว 9, สะพานกึ่งกลาง 11 และปลายแท่งวัด - แบบเคลื่อนย้ายได้ 1 และแบบแข็ง 10 การเคลื่อนตัวของส่วนปลาย 1 ผ่านคันโยก 2, ก้าน 3 และหนอน 5 จะถูกส่งไปยังหัววัด บริดจ์ตรงกลาง 2 กำหนดแกนการวัดของเกจด้านใน (แกนปลาย a1 และ 10) ให้ตรงกับเส้นผ่านศูนย์กลางรูของส่วนที่วัดได้ (รูปที่ 2)

เมื่อทำการวัด จำเป็นต้องเขย่าเกจด้านในในระนาบแนวแกนในส่วนตามยาว และค้นหาตำแหน่งต่ำสุดตามลูกศรของหัววัด กล่าวคือ ตั้งฉากกับเครื่องกำเนิดทั้งสองของรู

เกจวัดด้านในพร้อมบริดจ์ตรงกลางผลิตขึ้นด้วยช่วงการวัด: mm: 6…10; 10…18; 18…50; 50…100; 100…160; 160…250; 250…450; 450…700; 700…1000.

ในการวัดรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็ก ยอมรับเกจด้านในพร้อมเม็ดมีด (รูปที่ 3) เม็ดมีดลูกมีช่วง: mm: 3 ... 6; 6…10; 10…18.

ในการตั้งค่าตัวบ่งชี้ภายในมาตรวัดเป็น "0" จะใช้การปรับวงแหวนหรือชุดการวัดปลาย (KMD) และด้านข้าง บล็อก KMD ถูกเลือกและติดตั้งในที่ยึดพร้อมกับชิดผนัง การทำงานเมื่อตั้งค่าเป็น "0" จะเหมือนกับการวัดชิ้นงาน

2.1 หัววัด

หัววัดจะแปลงการเคลื่อนที่เล็กๆ ของปลายการวัดเป็นการเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ของตัวชี้ของอุปกรณ์การรายงาน

รูปที่ 4 แสดงตัวบ่งชี้การหมุน ก้านวัด 1 ของตัวบ่งชี้มีรางที่เชื่อมต่อกับล้อเฟือง 5 และส่งการเคลื่อนไหวไปยังท่อ 9 และลูกศร 8 ผ่านล้อเฟือง 9 หากต้องการตั้งค่าเป็น "0" มาตราส่วนกลมของแป้นหมุนจะหมุนพร้อมกับขอบ 2 ลูกศร 6 แสดงจำนวนรอบของลูกศร 8

ไดอัลเกจมีเส้นผ่านศูนย์กลางแขน 8 มม. ก้านวัดจังหวะ 2; 5 หรือ 10 มม. และราคาหาร 0.01 มม.

ในหัววัดแบบฟันก้านโยก การเคลื่อนที่ของปลายการวัด (หมุน) ผ่านระบบคันโยกจะถูกส่งไปยังภาคเกียร์ ซึ่งจะเปลี่ยนล้อเฟืองและลูกศรที่อยู่บนเพลาล้อ หัวมีค่าหาร 0.001 มม. และ 0.002 มม. ช่วงการวัด ± 0.05 มม. ... 5 มม. (หลายรอบ)

2.2 การเตรียมการสำหรับการวัด

1. ติดตั้งหัววัดในท่อเกจ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้สอดปลอกของหัววัดเข้าไปในรูของท่อ โดยให้ลูกบอลของส่วนปลายวัดสัมผัสกับปลายของแกนวัด และหมุนสเกลหมุนไปทางด้านข้างด้วยสะพานที่อยู่ตรงกลางและยึดหัววัดไว้ด้วย แคลมป์ในขณะที่ลูกศรควรเลี้ยวเต็ม ในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องรักษาอิสระในการเคลื่อนไหวของแท่งวัดของศีรษะ

2. หมุนบล็อก CMD ตามขนาดที่ระบุของรู และแก้ไขระหว่างด้านข้างในตัวยึด CMD เช็ดกระเบื้องและผนังด้านข้างล่วงหน้าด้วยน้ำมันเบนซิน เช็ดพื้นผิวรูที่ผุกร่อนด้วยผ้าสะอาด

3. ตรวจสอบการปฏิบัติตามขีด จำกัด การวัดของเกจด้านในกับขนาดของรูวัด หากไม่ตรงกัน ให้เปลี่ยนก้านวัดแบบเปลี่ยนได้ หรือเลือกชุดส่วนขยายและแหวนรองสำหรับแกนผสมแบบแข็ง (ขึ้นอยู่กับประเภทของมาตรวัดด้านใน)

2.3 ตั้งค่าเกจด้านในเป็น "0"

1. จับเกจวัดด้านในโดยใช้ที่จับฉนวนความร้อน แล้วสอดเกจวัดความลึกระหว่างด้านข้าง

2. ดูลูกศรของศีรษะและเคลื่อนตัววัดด้านในระหว่างด้านข้างโดยการแกว่งและหมุนรอบแกนของท่อ (ดูแผนภาพ) ตั้งมาตรวัดภายในไปยังตำแหน่งที่ตรงกับระยะห่างที่น้อยที่สุดระหว่างพื้นผิวการวัดของด้านข้าง . ในกรณีนี้ ลูกศรจะไปถึงส่วนที่ไกลที่สุด * (ตามเข็มนาฬิกา) แล้วหันหลังกลับ สำหรับการเคลื่อนที่ทั้งสองแบบ (แกว่งและหมุน) ส่วนนี้ต้องตรงกัน

3. จำส่วนนี้ไว้ ถอดก้ามปูออกจากผนังด้านข้าง แล้วหมุนสเกลไปที่ตำแหน่งที่ระบุไว้โดยใช้ขอบหน้าปัด (หรือสกรูตั้งเป็น "0")

4. ตรวจสอบการตั้งค่าเป็น "0" ในตำแหน่งที่ถูกต้อง เข็มบ่งชี้ควรชี้ไปที่ 0

2.4 การวัดเส้นผ่านศูนย์กลางรู

1. จับก้ามปูด้วยมือขวาโดยใช้ที่จับที่เป็นฉนวนความร้อน และจับชิ้นส่วนด้วยมือซ้าย สอดคาลิปเปอร์เข้าไปในรูของส่วนที่วัดได้ โดยให้หัววัดขึ้นและสเกลเข้าหาตัว เมื่อต้องการทำเช่นนี้ จะต้องสอดไม้เท้าที่เคลื่อนที่ได้พร้อมสะพานเข้าไปที่ระดับความลึกตื้นโดยเอียงเกจด้านใน จากนั้นยืดให้ตรงเพื่อให้แกนแข็งวางพิงผนังด้านตรงข้ามของรู

2. ย้ายคาลิปเปอร์ไปยังส่วนที่ต้องการแล้วเขย่าในระนาบแนวตั้งให้ห่างจากคุณ - เข้าหาคุณ สังเกตส่วนที่ไกลที่สุดของสเกลซึ่งลูกศรไปถึง

การเบี่ยงเบนตามเข็มนาฬิกาของลูกศรจาก "0" หมายถึงการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางรูและเครื่องหมาย "-" และการเบี่ยงเบนทวนเข็มนาฬิกาแสดงถึงเส้นผ่านศูนย์กลางที่ลดลงและเครื่องหมาย "+"

4. พิจารณาการอ่านคาลิปเปอร์ โดยคำนึงถึงการแบ่งมาตราส่วนของศีรษะและเครื่องหมาย แล้วจดไว้ในตารางอ้างอิง ควรทำการวัดสำหรับแต่ละส่วนในสองทิศทางที่ตั้งฉากกัน

ข้าว. 1ตัวบ่งชี้คาลิปเปอร์

ข้าว. 4 ตัวบ่งชี้การหมุน

3. ผลการวัด

1. คำนึงถึงขนาดเล็กน้อยของบล็อก KMD คำนวณขนาดที่แท้จริงของชิ้นส่วน

2. เปรียบเทียบขนาดของชิ้นส่วนกับขนาดที่จำกัดที่อนุญาต และให้ข้อสรุปเกี่ยวกับความเหมาะสมของชิ้นส่วน

เมื่อพิจารณาขนาดของชิ้นส่วนตามส่วนแล้ว ให้กำหนดความเบี่ยงเบนของรูปร่างของชิ้นส่วนจากทรงกระบอก

3.กรอกรายงานการทำงาน

หลังจากตรวจสอบผลการวัดโดยครูแล้ว ให้ใช้ผ้าแห้งเช็ดคาลิปเปอร์ หัว KMD และอุปกรณ์เสริมต่างๆ ให้แห้งแล้วใส่ลงในกล่อง จัดระเบียบสถานที่ทำงาน

เป้า– เพื่อกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยของร่างกายโดยวิธีการสั่นสะเทือนแบบบิด

อุปกรณ์และวัสดุ: ติดตั้งวัด, ชุดบอดี้, นาฬิกาจับเวลา.

คำอธิบายของการติดตั้งและวิธีการวัด

การตั้งค่าการวัดเป็นจานกลมที่แขวนอยู่บนลวดเหล็กยืดหยุ่นและได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับร่างกาย ซึ่งควรพิจารณาโมเมนต์ความเฉื่อย (รูปที่ 8.1)

ข้าว. 8.1

อุปกรณ์อยู่ตรงกลางโดยใช้ตุ้มน้ำหนักที่เคลื่อนย้ายได้สองตัวที่ยึดอยู่บนดิสก์ การหมุนดิสก์ของอุปกรณ์ในมุมหนึ่งรอบแกนแนวตั้งทำให้เหล็กกันกระเทือนบิดเบี้ยว

เมื่อร่างกายหมุนเป็นมุม  เส้นลวดจะบิดตัวและเกิดช่วงเวลาของแรงขึ้น เอ็มพยายามทำให้ร่างกายกลับสู่สภาวะสมดุล การทดลองแสดงให้เห็นว่าในช่วงที่ค่อนข้างกว้าง โมเมนต์ของแรง เอ็มสัดส่วนกับมุมบิด  , เช่น.
(เปรียบเทียบ: แรงยืดหยุ่น
). ดิสก์ถูกปล่อยออกมาเพื่อให้สามารถสั่นสะเทือนแบบบิดได้ ระยะเวลาของการสั่นสะเทือนแบบบิดถูกกำหนดโดยนิพจน์
, ที่ไหน ฉ– โมดูลัสของแรงบิด เจคือโมเมนต์ความเฉื่อยของระบบสั่น

สำหรับเครื่องดนตรี
. (8.1)

ความเท่าเทียมกัน (8.1) มีสองปริมาณที่ไม่รู้จัก ฉและ เจ ฯลฯ. ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำการทดลองซ้ำ หลังจากวางวัตถุอ้างอิงที่มีโมเมนต์ความเฉื่อยที่ทราบบนดิสก์การตั้งค่าแล้ว กระบอกสูบที่เป็นของแข็งถูกนำมาใช้เป็นมาตรฐาน โมเมนต์ความเฉื่อยคือ เจ นี้ .

เมื่อกำหนดระยะเวลาการแกว่งใหม่ของอุปกรณ์ด้วยมาตรฐานแล้ว เราจึงสร้างสมการที่คล้ายกับสมการ (8.1):

. (8.2)

การแก้ระบบสมการ (8.1) และ (8.2) เรากำหนดโมดูลัสของแรงบิด ฉและโมเมนต์ความเฉื่อยของอุปกรณ์ เจ ฯลฯด้วยตำแหน่งโหลดนี้ (ที่มาของสูตรการคำนวณสำหรับ ฉและ เจ ฯลฯทำเองเพื่อเตรียมงานห้องปฏิบัติการและรวมไว้ในรายงาน) เมื่อนำมาตรฐานออกแล้วร่างกายจะถูกวางไว้บนดิสก์ของอุปกรณ์ซึ่งจะต้องกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยที่สัมพันธ์กับแกนของอุปกรณ์ การติดตั้งอยู่ตรงกลางและกำหนดระยะเวลาของการสั่นสะเทือนแบบบิดอีกครั้ง ตู่ 2 ซึ่งในกรณีนี้สามารถเขียนได้เป็น

. (8.3)

ความรู้ และ ฉคำนวณโมเมนต์ความเฉื่อยของร่างกายเทียบกับแกนของอุปกรณ์ตามสูตร (8.3)

ข้อมูลของการวัดและการคำนวณทั้งหมดจะถูกป้อนในตาราง 8.1.

ตาราง8.1

ปริมาณที่วัดและคำนวณเพื่อกำหนดโมเมนต์ความเฉื่อยโดยใช้วิธีการสั่นสะเทือนแบบบิดเบี้ยว

	t ฯลฯ	ตู่ ฯลฯ	t 1	ตู่ 1	t 2	ตู่ 2
		< T ฯลฯ >=	< T 1 >= < ¦ >= < J ฯลฯ >=	< T 2 >= < J t >

ภารกิจที่ 1 การกำหนดช่วงเวลาของการสั่นสะเทือนแบบบิดของอุปกรณ์, อุปกรณ์ที่มีมาตรฐาน, อุปกรณ์ที่มีร่างกาย

1. วัดเวลาด้วยนาฬิกาจับเวลา t ฯลฯ 20-30 การสั่นสะเทือนที่สมบูรณ์ของอุปกรณ์และกำหนด
.

2. ทำซ้ำการทดลอง 5 ครั้งและกำหนด < T ฯลฯ > .

3. วางมาตรฐานบนดิสก์ของอุปกรณ์และกำหนด .ในทำนองเดียวกัน < T 1 >.

4. วางร่างกายบนดิสก์ของอุปกรณ์ ศูนย์กลางการติดตั้ง กำหนด < T 2 > .

บันทึกผลการวัดลงในตาราง 8.1

กระทรวงศึกษาธิการของสหพันธรัฐรัสเซีย

มหาวิทยาลัยการบินและอวกาศแห่งรัฐไซบีเรีย

ตั้งชื่อตามนักวิชาการ M.F. Reshetnev

ภาควิชาฟิสิกส์เทคนิค

แล็บ #8

วิธีสี่โพรบสำหรับการวัดความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์

แนวทางการปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการ ในหลักสูตร "Solid State Electronics"

เรียบเรียงโดย: Parshin A.S.

ครัสโนยาสค์ 2003

งานห้องปฏิบัติการ№8 วิธีสี่หัววัดสำหรับการวัดความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์1

ทฤษฎีวิธีการ . 1

การตั้งค่าทดลอง . 3

สั่งงาน .. 5

ข้อกำหนดการจัดรูปแบบรายงาน . 7

คำถามทดสอบ .. 7

วรรณกรรม . 7

งานห้องปฏิบัติการ№8 สี่โพรบวิธีการวัดความต้านทานของสารกึ่งตัวนำ

วัตถุประสงค์:การศึกษาการพึ่งพาอุณหภูมิของจำเพาะ ความต้านทานไฟฟ้าเซมิคอนดักเตอร์โดยวิธีสี่โพรบ การกำหนดช่องว่างแถบของเซมิคอนดักเตอร์

ทฤษฎีวิธีการ

สี่โพรบวิธีการวัดความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์เป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุด ข้อดีของวิธีนี้คือไม่ต้องสร้างหน้าสัมผัสแบบโอห์มมิกกับตัวอย่าง จึงสามารถวัดค่าความต้านทานไฟฟ้าของตัวอย่างที่มีรูปร่างและขนาดที่หลากหลายที่สุดได้ เงื่อนไขสำหรับการใช้งานในแง่ของรูปร่างของตัวอย่างคือการมีอยู่ของพื้นผิวเรียบ ซึ่งมีขนาดเชิงเส้นเกินขนาดเชิงเส้นของระบบโพรบ

วงจรสำหรับวัดความต้านทานโดยวิธีสี่โพรบแสดงในรูปที่ 1. วางโพรบโลหะสี่ตัวที่มีพื้นที่สัมผัสขนาดเล็กตามแนวเส้นตรงบนพื้นผิวเรียบของตัวอย่าง ระยะห่างระหว่างโพรบ s 1 , s2 และ s3 . ผ่านโพรบภายนอก 1 และ 4 ผ่านกระแสไฟฟ้า ฉัน14 , ในการสอบสวนภายใน 2 และ 3 วัดความต่างศักย์ ยู 23 . โดยค่าที่วัดได้ ฉัน14 และ ยู 23 สามารถกำหนดความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์ได้

ในการค้นหาสูตรการคำนวณค่าความต้านทาน ให้เราพิจารณาปัญหาของการกระจายที่อาจเกิดขึ้นรอบๆ หัววัดแบบแยกจุด (รูปที่ 2) ก่อน ในการแก้ปัญหานี้ จำเป็นต้องเขียนสมการ Laplace ในระบบพิกัดทรงกลมเพราะ การกระจายศักย์มีสมมาตรทรงกลม:

.(1)

คำตอบของสมการ (1) โดยมีเงื่อนไขว่าศักย์ที่ r=0 บวก มีแนวโน้มเป็นศูนย์ ที่มีขนาดใหญ่มาก r มีรูปแบบดังนี้

ค่าคงที่การรวม จาก สามารถคำนวณได้จากเงื่อนไขความแรงของสนามไฟฟ้า อี ระยะห่างจากโพรบ r=r0 :

.

เนื่องจากความหนาแน่นของกระแสที่ไหลผ่านซีกโลกมีรัศมี r0 , เจ =ฉัน/(2πr0 2) และเป็นไปตามกฎของโอห์ม เจ =อี/ρ , แล้ว อี(r0)=ฉัน / (2π r0 2).

ทางนี้

ถ้ารัศมีการติดต่อ r1 แล้วศักยภาพของทิป

เห็นได้ชัดว่าศักยภาพของตัวอย่าง ณ จุดที่สัมผัสกับโพรบมีค่าเท่ากัน ตามสูตร (3) ตามด้วยแรงดันไฟฟ้าตกหลักเกิดขึ้นในบริเวณใกล้สัมผัส ดังนั้น ค่าของกระแสที่ไหลผ่านตัวอย่างจะถูกกำหนดโดยความต้านทานของบริเวณใกล้สัมผัส ความยาวของบริเวณนี้ยิ่งเล็กลง รัศมีของโพรบก็จะยิ่งเล็กลง

ศักย์ไฟฟ้าที่จุดใดๆ ของตัวอย่างสามารถหาได้จากผลรวมเชิงพีชคณิตของศักย์ไฟฟ้าที่สร้างขึ้น ณ จุดนั้นโดยกระแสของโพรบแต่ละตัว สำหรับกระแสที่ไหลเข้าสู่ตัวอย่าง ศักย์จะเป็นบวก และสำหรับกระแสที่ไหลออกจากตัวอย่าง จะเป็นค่าลบ สำหรับระบบโพรบที่แสดงในรูปที่ 1 ศักยภาพของโพรบวัด 2 และ 3

;

.

ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสการวัด 2 และ 3

ดังนั้น สภาพต้านทานของตัวอย่าง

.(5)

หากระยะห่างระหว่างโพรบเท่ากัน กล่าวคือ s 1 =s 2 =s 3 =s , แล้ว

ดังนั้นเพื่อวัดค่าเฉพาะ ความต้านทานไฟฟ้าตัวอย่างโดยใช้วิธีสี่หัววัดก็เพียงพอแล้วที่จะวัดระยะห่างระหว่างหัววัด ส , แรงดันตก ยู 23 บนโพรบวัดและกระแสที่ไหลผ่านตัวอย่าง ฉัน14 .

การตั้งค่าทดลอง

การตั้งค่าการวัดจะดำเนินการบนพื้นฐานของขาตั้งสากลสำหรับห้องปฏิบัติการ อุปกรณ์และอุปกรณ์ต่อไปนี้ใช้ในงานห้องปฏิบัติการนี้:

1. ห้องเก็บความร้อนพร้อมตัวอย่างและหัววัด

2. แหล่ง DC TES-41;

3. แหล่งจ่ายแรงดัน DC B5-47;

4. โวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลสากล V7-21A;

5. การต่อสายไฟ

บล็อกไดอะแกรมของการตั้งค่าการทดลองแสดงในรูปที่ 3.

ตัวอย่างจะถูกวางบนขั้นตอนการวัดของห้องเก็บความร้อน หัววัดถูกกดโดยกลไกสปริงของตัวปรับแต่งกับพื้นผิวขัดเรียบของตัวอย่าง ภายในตารางการวัดมีเครื่องทำความร้อนซึ่งขับเคลื่อนโดยแหล่งกำเนิดกระแสตรงที่มีความเสถียร TES-41 ซึ่งทำงานในโหมดรักษาเสถียรภาพปัจจุบัน อุณหภูมิตัวอย่างถูกควบคุมโดยเทอร์โมคัปเปิลหรือ ความต้านทานความร้อน. เพื่อเพิ่มความเร็วในกระบวนการวัด คุณสามารถใช้เส้นโค้งระดับที่แสดงในภาคผนวก ซึ่งช่วยให้คุณกำหนดอุณหภูมิของตัวอย่างจากกระแสฮีทเตอร์ได้ ค่ากระแสฮีทเตอร์วัดโดยแอมมิเตอร์ที่ติดตั้งในแหล่งจ่ายกระแสไฟ

ปัจจุบันผ่านผู้ติดต่อ 1 และ 4 ถูกสร้างขึ้นโดยใช้แหล่งจ่าย DC B7-47 ที่ปรับความเสถียรและควบคุมโดยอุปกรณ์ดิจิตอลสากล V7-21A ซึ่งเปิดในโหมดแอมป์มิเตอร์แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างโพรบวัด 2 และ 3 จะถูกบันทึกโดยโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลความต้านทานสูง V7-21A การวัดจะต้องดำเนินการที่กระแสต่ำสุดผ่านตัวอย่าง โดยพิจารณาจากความเป็นไปได้ของการวัดแรงดันไฟฟ้าต่ำ ที่กระแสสูง ความร้อนของตัวอย่างเป็นไปได้ ซึ่งจะทำให้ผลการวัดผิดเพี้ยน การลดกระแสไฟขณะทำงานจะลดการปรับค่าการนำไฟฟ้าของตัวอย่างที่เกิดจากการฉีดตัวพาประจุระหว่างกระแสไหล

ปัญหาหลักในการวัด ความต้านทานไฟฟ้าวิธีการสอบสวนเป็นปัญหาของการติดต่อ สำหรับตัวอย่างที่มีสูญญากาศสูง บางครั้งจำเป็นต้องสร้างหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าเพื่อให้ได้ค่าความต้านทานการสัมผัสต่ำ การสร้างหน้าสัมผัสของโพรบวัดนั้นทำได้โดยการใช้แรงดันไฟคงที่หลายสิบหรือหลายร้อยโวลต์กับโพรบวัดชั่วครู่

สั่งงาน

1. ทำความคุ้นเคยกับคำอธิบายของอุปกรณ์ที่จำเป็นในการทำงาน ประกอบโครงร่างของการตั้งค่าการวัดตามรูปที่ 3. เมื่อเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์สากล V7-21A ให้สังเกตว่าตัวหนึ่งต้องทำงานในโหมดการวัดแรงดันไฟฟ้า อีกอันหนึ่ง - ในการวัดกระแส ในแผนภาพจะแสดงด้วยไอคอน " ยู" และ " ฉัน" ตามลำดับ ตรวจสอบการตั้งค่าที่ถูกต้องของสวิตช์โหมดบนอุปกรณ์เหล่านี้

2. หลังจากตรวจสอบความถูกต้องของการประกอบการติดตั้งการวัดโดยอาจารย์หรือวิศวกรแล้ว ให้เปิดโวลต์มิเตอร์และแหล่งจ่ายแรงดันไฟ B7-47

3. ตั้งแรงดันไฟฟ้าของแหล่ง B7-47 เป็น 5V หากแรงดันและกระแสบนตัวอย่างเปลี่ยนแปลงตามเวลา ด้วยความช่วยเหลือของครูหรือวิศวกร การขึ้นรูปด้วยไฟฟ้าของหน้าสัมผัสของโพรบวัด

4. ดำเนินการวัดแรงดันตกคร่อม ยู+ 23 และ ยู– 23 สำหรับทิศทางปัจจุบันที่แตกต่างกัน ฉัน14 . ค่าแรงดันที่ได้รับจะถูกนำมาเฉลี่ยสำหรับ th เพื่อแยกเทอร์โม EMF ตามยาวตามยาวที่เกิดขึ้นกับตัวอย่างเนื่องจากการไล่ระดับอุณหภูมิในลักษณะนี้ ป้อนข้อมูลการทดลองและการคำนวณค่าความเครียดในตารางที่ 1

แบบตาราง 1

	ฉันโหลด A	ที,K	ฉัน 14, mA	ยู + 23 , ที่	ยู – 23 , ที่

5. ทำการวัดซ้ำที่อุณหภูมิของตัวอย่างที่แตกต่างกัน ในการทำเช่นนี้คุณต้องตั้งค่ากระแสฮีตเตอร์ของห้องระบายความร้อน ฉัน โหลด,=0.5 A รอ 5-10 นาทีเพื่อให้อุณหภูมิของตัวอย่างคงที่ และบันทึกการอ่านค่าเครื่องมือในตารางที่ 1 กำหนดอุณหภูมิตัวอย่างจากกราฟการปรับเทียบที่แสดงในภาคผนวก

6. ในทำนองเดียวกัน ทำการวัดตามลำดับสำหรับค่ากระแสฮีทเตอร์ 0.9, 1.1, 1.2, 1.5, 1.8 A. บันทึกผลการวัดทั้งหมดในตารางที่ 1

7. ประมวลผลผลการทดลองที่ได้รับ ในการทำเช่นนี้โดยใช้ผลลัพธ์ที่แสดงในตารางที่ 1 คำนวณ 10 3 /T , เฉพาะเจาะจง ความต้านทานไฟฟ้าตัวอย่างในแต่ละอุณหภูมิ ρ ตามสูตร (6) การนำไฟฟ้า

ลอการิทึมธรรมชาติของการนำไฟฟ้า ln σ . บันทึกผลการคำนวณทั้งหมดในตารางที่ 2

แบบตาราง2

	T,K	, K-1	ρ, โอห์ม m	σ, (โอห์มม.) -1	บันทึก σ

8. สร้างกราฟการพึ่งพา วิเคราะห์เส้นทางของเส้นโค้ง ทำเครื่องหมายพื้นที่ของสิ่งเจือปนและค่าการนำไฟฟ้าที่แท้จริง คำอธิบายสั้น ๆ ของงานที่ตั้งไว้ในงาน

· แผนภาพการตั้งค่าการวัด

· ผลการวัดและการคำนวณ

· กราฟการพึ่งพา

· การวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่ได้รับ

· ข้อสรุปการทำงาน

คำถามทดสอบ

1. เซมิคอนดักเตอร์ภายในและภายนอก โครงสร้างวงดนตรีของเซมิคอนดักเตอร์ที่แท้จริงและสิ่งเจือปน ความกว้างของแถบคาด พลังงานกระตุ้นสิ่งเจือปน

2. กลไกการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำภายในและภายนอก

3. การพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ภายใน

4. การพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำสิ่งเจือปน

5. การกำหนดช่องว่างแถบความถี่และพลังงานกระตุ้นของสิ่งเจือปนจากการพึ่งพาอุณหภูมิของการนำไฟฟ้า

6. สี่โพรบวิธีการวัด ความต้านทานไฟฟ้าเซมิคอนดักเตอร์: ขอบเขต ข้อดีและข้อเสีย

7. ปัญหาการกระจายศักย์ไฟฟ้าใกล้หัววัด

8. ที่มาของสูตรการคำนวณ (6).

9. แบบแผนและหลักการทำงานของการตั้งค่าการทดลอง

10. อธิบายกราฟการพึ่งพาที่ได้มาจากการทดลองว่า Band gap กำหนดจากกราฟนี้อย่างไร

วรรณกรรม

1. Pavlov L.P. วิธีการวัดค่าพารามิเตอร์ของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์: หนังสือเรียนสำหรับมหาวิทยาลัย - ม.: สูงกว่า รร., 2530.- 239 น.

2. Lysov V.F. การประชุมเชิงปฏิบัติการฟิสิกส์เซมิคอนดักเตอร์ –M.: ตรัสรู้, 1976.- 207 น.

3. Epifanov G.I. , Moma Yu.A. โซลิดสเตตอิเล็กทรอนิคส์: บทช่วยสอน สำหรับนักศึกษามหาวิทยาลัย - ม.: สูงกว่า รร., 2529.- 304 น.

4. Ch. Kittel ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับฟิสิกส์โซลิดสเตต - ม.: เนาก้า, 2521. - 792 น.

5. Shalimova K.V. ฟิสิกส์เซมิคอนดักเตอร์: ตำราเรียนสำหรับโรงเรียนมัธยม. - ม.: พลังงาน 2514 - 312 น.

6. Fridrikhov S.A. , Movnin S.M. รากฐานทางกายภาพของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์: ตำราเรียนสำหรับมหาวิทยาลัย - ม.: สูงกว่า รร., 2525.- 608 น.

ในบทนี้ เราจะพิจารณาการนำความรู้ที่ได้รับไปใช้จริงกับตัวอย่างงานในห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์ เพื่อวัดความร้อนจำเพาะของของแข็ง เราจะทำความคุ้นเคยกับอุปกรณ์หลักที่จำเป็นสำหรับการทดลองนี้ และพิจารณาเทคโนโลยีสำหรับการปฏิบัติงานจริงในการวัดปริมาณทางกายภาพ

1. วางกระบอกโลหะในแก้วน้ำร้อนแล้ววัดอุณหภูมิด้วยเทอร์โมมิเตอร์ มันจะเท่ากับอุณหภูมิของกระบอกสูบ เนื่องจากหลังจากช่วงเวลาหนึ่ง อุณหภูมิของน้ำและกระบอกสูบจะเท่ากัน

2. จากนั้นเราก็เทน้ำเย็นลงในเครื่องวัดความร้อนแล้ววัดอุณหภูมิ

3. หลังจากนั้นเราวางกระบอกสูบที่ผูกไว้กับด้ายในเครื่องวัดความร้อนด้วยน้ำเย็นแล้วกวนน้ำในนั้นด้วยเทอร์โมมิเตอร์วัดอุณหภูมิที่สร้างขึ้นจากการถ่ายเทความร้อน (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. ความคืบหน้าในห้องปฏิบัติการ

อุณหภูมิสุดท้ายในสภาวะคงตัวที่วัดได้ในเครื่องวัดความร้อนและข้อมูลอื่นๆ จะช่วยให้เราคำนวณความจุความร้อนจำเพาะของโลหะที่ใช้ทำกระบอกสูบได้ เราจะคำนวณค่าที่ต้องการตามข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อระบายความร้อน กระบอกสูบจะให้ความร้อนในปริมาณเท่ากันกับที่น้ำได้รับเมื่อถูกความร้อน การแลกเปลี่ยนความร้อนที่เรียกว่าจะเกิดขึ้น (รูปที่ 7)

ข้าว. 7. การถ่ายเทความร้อน

ดังนั้นเราจึงได้สมการต่อไปนี้ ในการต้มน้ำร้อน ปริมาณความร้อนที่ต้องการคือ:

, ที่ไหน:

ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ (ค่าตาราง), ;

มวลของน้ำซึ่งสามารถกำหนดได้โดยใช้เครื่องชั่งน้ำหนัก kg;

อุณหภูมิสุดท้ายของน้ำและกระบอกสูบ วัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ o ;

อุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำเย็น วัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ o.

เมื่อถังโลหะเย็นตัวลง ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาคือ:

, ที่ไหน:

ความจุความร้อนจำเพาะของโลหะที่ใช้ทำกระบอกสูบ (ค่าที่ต้องการ), ;

มวลของทรงกระบอกซึ่งสามารถกำหนดได้โดยใช้เครื่องชั่งน้ำหนัก kg;

อุณหภูมิของน้ำร้อนและตามอุณหภูมิเริ่มต้นของกระบอกสูบที่วัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ o ;

อุณหภูมิสุดท้ายของน้ำและกระบอกสูบ วัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์ o

ความคิดเห็นในทั้งสองสูตร เราลบอุณหภูมิที่น้อยกว่าออกจากอุณหภูมิที่มากขึ้นเพื่อหาค่าบวกของปริมาณความร้อน

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ในกระบวนการถ่ายเทความร้อน ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากน้ำจะเท่ากับปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากกระบอกสูบโลหะ:

ดังนั้นความจุความร้อนจำเพาะของวัสดุกระบอกสูบคือ:

สะดวกในการบันทึกผลลัพธ์ที่ได้จากการทำงานในห้องปฏิบัติการใดๆ ในตาราง และดำเนินการวัดและคำนวณหลายๆ อย่างเพื่อให้ได้ค่าเฉลี่ย แม่นยำที่สุด ผลลัพธ์โดยประมาณ ในกรณีของเรา ตารางอาจมีลักษณะดังนี้:

มวลของน้ำในแคลอรีมิเตอร์	อุณหภูมิน้ำเริ่มต้น	น้ำหนักกระบอกสูบ	อุณหภูมิกระบอกสูบเริ่มต้น	อุณหภูมิสุดท้าย

บทสรุป:ค่าที่คำนวณได้ของความจุความร้อนจำเพาะของวัสดุของกระบอกสูบ

วันนี้เราได้ทบทวนวิธีการทำงานของห้องปฏิบัติการในการวัดความร้อนจำเพาะของของแข็ง ในบทต่อไป เราจะพูดถึงการปลดปล่อยพลังงานระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง

บรรณานุกรม

1. Gendenstein L.E. , Kaidalov A.B. , Kozhevnikov V.B. / เอ็ด. Orlova V.A. , Roizena I.I. ฟิสิกส์ 8 - ม.: Mnemosyne
2. Peryshkin A.V. ฟิสิกส์ 8 - ม.: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A.A. , Zasov A.V. , Kiselev D.F. ฟิสิกส์ 8 - ม.: การตรัสรู้.

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

การบ้าน

1. เป็นไปได้ไหมที่จะเกิดข้อผิดพลาดในการวัดค่าสูงสุดในห้องปฏิบัติการในขั้นตอนใด
2. วัสดุและการออกแบบของเครื่องวัดความร้อนควรเป็นอย่างไรเพื่อให้ได้ผลการวัดที่แม่นยำที่สุด
3. *แนะนำวิธีการวัดความจุความร้อนจำเพาะของของเหลว