Metalų varzos temperatūrinės priklausomybės tyrimas

Laboratorinis darbas Nr. 6

Metalų varzos temperatūrinės priklausomybės tyrimas

Studente: O. Gailius

Data: 2008 04 28

Dėstytojai: Mockevičius

Jankauskas

Darbo uzduotis. Istirti laidininko varzos priklausomybę nuo temperatūros.

2.Teorinė dalis. Metalai yra geri elektros ir silumos laidininkai. Sią metalų 12212b19m savybę sąlygoja tai, kad elektros krūvį ir silumą pernesa tie patys nesikliai - laisvieji elektronai. Pagal klasikinę elektroninę metalų laidumo teoriją, metalo atomų valentiniai elektronai kristale nesuristi su konkrečiu atomu, o laisvai juda siluminiu judėjimu po visą metalo tūrį.

Metalams gerai tinka Omo dėsnis: vienalytei grandinės daliai srovės stiprumas I tiesiogiai proporcingas tos dalies įtampai U ir atvirksčiai proporcingas tos dalies ominei varzai.

0 K temperatūroje visi metalo valentiniai elektronai, kinetinės energijos atzvilgiu, pasiskirstę nuo 0 iki didziausios W_F vertės, kurią vadiname Fermio energija. Sudarius elektrinį lauką laidume dalyvauja tiktai tie valentiniai elektronai, kurių energija artima W_F vertei. Sie elektronai sudaro nedidelę dalį visų valentinių elektronų. Taigi pagal kvantinę teoriją, specifinio laidumo israiskoje (4) vietoje dydzio < v >  turėtų būti Fermio energijos elektronų vidutinis greitis < v_F >, kuris nuo temperatūros beveik nepriklauso.

Si teorija elektronų laisvąjį kelią, o tuo pačiu elektrinį laidumą (bei varzą), sieja su minėtų elektronų sklaida. Jei metalo kristalas būtų tobulas (begalinis, neturintis jokių periodiskumo sutrikimų, t.y. defektų, monokristalas), tai jo elektronų laisvasis kelias l , tuo pačiu r 0. Deja realiame kristale yra daugybė defektų. Jie suskirstyti į statinius ir dinaminius. Realus metalo kristalas sudarytas is mazų chaotiskai isdėstytų kristalitų, juose daug tusčių gardelės mazgų, daug dalelių tarpmazgiuose, yra priemaisų (svetimų atomų) ir panasiai. Tai statiniai defektai. Tačiau visos kristalo struktūrinės dalelės virpa, dėl to kinta tarp jų nuotolis - sutrinka kristalo periodiskumas, tai dinaminiai defektai.

3. Aparatūra ir darbo metodas. Principinę matavimų įrenginio schemą (1 pav.) sudaro elektrinė krosnelė 1, jos viduje įtvirtintas tiriamasis varinis laidininkas 2; jo varzos matuoklis 3 ir termometras 4. Temperatūrinio varzos koeficiento α nustatymui reikia ismatuoti to laidininko varzą temperatūroje t₁ ir t₂ :

Issprendę sią lygčių sistemą α atzvilgiu gauname

.

4. Darbo rezultatai:

Varzos matuokliu ismatuojame laidininko varzą kambario temperatūroje.

Įjungę termostato maitinimą ir, palaukę kol temperatūra pakils apie 4°C, isjungiame. Laukiame apie 5 minutes iki temperatūra nusistovi, tiriamoji daugiasluoksnė laido apvija vienodziau įsyla, uzrasome temperatūrą ir ismatuojame varzą. Tokią matavimo procedūrą kartojame iki 60°C ir po to termostatą isjungiame.

Brėziame grafiką . Is jo tiesinės dalies, pasirinktoms temperatūroms t₁ ir t₂, nustatę varzas R₁ ir R₂, apskaičiuojame α .

Apskaičiuojame tiriamo laidininko specifinę varzą ρ ir specifinį laidumą γ = 1/ρ kambario temperatūroje.

Matavimų ir skaičiavimo rezultatus surasome į lentelę.

Darbo rezultatų lentelė:

Is formulės , issireiskiame

5.Isvados.

Atlikę visus matavimus ir juos uzsirasę paskaičiavome ir gavome, kad didėjant laidininko temperatūrai proporcingai didėja ir jo varza. Apskaičiavę savitąją varzą  ρ ir temperatūrinį varzos koeficientą α , siuos gautus duomenis palyginome su tikraisiais duomenimis ir gavome, kad jie turi tik labai maza paklaidą.

6. Literatūra.

1. A.Tamasauskas, S.Joneliūnas "Fizikos laboratoriniai darbai. Pirmoji dalis".
2. A.Tamasauskas Fizika 1. - Vilnius : Mokslas, 1987.