Обработка результатов измерений

 

1. Найдите среднее значение отсчёта , соответствующего границе поглощения и его погрешность , определяемой как погрешность прямого измерения. Результаты запишите в таблицу 2.

2. Постройте градуировочный график: =

3. По градуировочному графику, зная , найдите длину волны, соответствующую границе поглощения . Проведите касательную к графику в точке  и определите тангенс угла наклона к оси (в соответствующем масштабе). Погрешность  оцените по формуле:

                                                                    (2)

4. По формуле (1) рассчитайте постоянную Планка  и её погрешность по формуле (3), как погрешность косвенного измерения. Сравните найденное значение  с табличным.

                                                 (3)

где .

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К РАБОТЕ

 

1. Опишите устройство призменного монохроматора.

2. Какие спектры наблюдаются в работе?

3. Как строится градуировочная кривая?

4. В каких единицах в таблице спектров излучений атомов ртути 

приведена длина волны?

5. Почему ртутная лампа дает линейчатый спектр?

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ СДАЧИ РАБОТЫ

 

1. Какие виды спектров электромагнитного излучения существуют?

2. В каком состоянии должны находиться вещества или их атомы, чтобы возникли различные виды спектров?

3. Где и для чего в установке используется явление дисперсии?

4. Почему в работе нельзя определить границу поглощения непосредственно по спектру ртути?

5. Опишите связь линейчатых спектров со структурой энергетических уровней атомов (на примере атома водорода).

6. В чём заключается гипотеза Планка?

7. Что называется постоянной Планка, каковы её значение и размерность?

8. По какой формуле определяется минимальная порция энергии излучения?

9. Какой спектр называется линейчатым? Описать его возникновение.

10.  Какой спектр называется сплошным? Описать его возникновение.

11. Какой спектр называется полосатым? Описать его возникновение.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-10

 

ИЗУЧЕНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И КОНТАКТНЫХ ЯВЛЕНИЙ

 

  Цель работы: ознакомиться с контактными явлениями, изучить явления термоэлектричества, отградуировать термопару, определить удельную термоЭДС термопары.

ВВЕДЕНИЕ

 

  На границе раздела двух полупроводников или двух металлов, а также на границе металл - полупроводник возникают контактные яв-

 

ления, как следствие контактных разностей потенциалов: внешней и внутренней.

  Возьмем два металла с различными концентрациями свободных электронов  и  (положим, что > ) (рис. 1,а). Тогда уровни Ферми соответственно . При контакте этих металлов электроны проводимости будут преимущественно переходить из первого металла во второй (рис. 1, б). При этом первый металл заряжается положительно, второй - отрицательно (так как часть электронов из первого перешла во второй металл). Это приводит, в свою очередь, к понижению всех энергетических уровней первого металла и повышению энергетических уровней второго. Процесс перехода электронов идет до тех пор, пока не выровняются уровни Ферми.

 

 

                                                                                 

 

Рис.1. Энергетические диаграммы контакта 2 металлов.

 

  На рисунке 1: Е_р1 и Е_р2 – глубина потенциальной ямы первого и второго металлов, еj₁ и еj₂  - работа выхода электронов для этих металлов.

  Суммарное изменение уровней энергии приводит к появлению электрического контактного поля с разностью потенциалов:

                                     .                                     (1)

Электроны, переходя из первого металла во второй, совершают работу против контактного поля и работу изотермического расширения. Первая из этих работ DА₁:

                                                    

                                                                            (2)               

где  и  - работа выхода электронов из первого и второго металлов соответственно. Работа выхода равна:

                                                   А = еj.                                          (3)

 Вторая DА₂ - работа изотермического расширения  для электронного газа в металле, которая равна:

                          (4)

или в пересчете на один электрон:

                                                         (5)

где k - постоянная Больцмана; Т - температура контакта. Таким образом, работа электрона, прошедшего через контакт:

                                      (6)

Тогда, как следует из вышеизложенного, контактная разность потенциалов будет равна:

                                                  (7)

Первое слагаемое в правой части (7) называется внешней контактной разностью потенциалов eU₁₂ (рис.1). Внешняя контактная разность потенциалов обусловлена различием работ выхода электронов из металлов. Второе слагаемое eU^¢₁₂ - внутренняя разность потенциалов. Она обусловлена разностью концентраций электронов в металлах.

В замкнутой цепи, состоящей из двух или большего числа различных разнородных металлов, при тепловом равновесии сумма контактных разностей потенциалов равна нулю.

Как следует из формулы (7), контактная разность потенциалов зависит от температуры, поэтому в замкнутой цепи можно получить сумму контактных разностей потенциалов не равной нулю, имея разные температуры контактов (спаев).

                                                          

                                                      

                                                         

                                                  

                                                  

Рис. 2. Замкнутая цепь из двух металлов.

 

Если составить замкнутую цепь из двух разнородных металлов 1 и 2 (рис. 2) и поддерживать постоянную разность температур на спаях а и в (Т₁ -Т₂), то общая контактная разность потенциалов в такой цепи будет равна:

                        (8)

Эта сумма контактных разностей потенциалов замкнутой цепи при различных температурах контактов и называется термоэлектродвижущей силой (термоЭДС):

      .               (9)

 

Так как для большинства металлов концентрация электронов практически не зависит от температуры, то можно принять:

                        и                          (10)

где a - удельная термоЭДС, возникающая в цепи при разности температур контактов в один градус.

В случае контактов полупроводников также возникает термоЭДС.  Удельная термо ЭДС у полупроводниковых пар много больше, чем у металлов, и имеет нелинейную зависимость от температуры. Это связано с сильной зависимостью концентрации свободных носителей в полупроводнике от температуры.

Необходимо отметить, что a для металлов при высоких температурах также зависит от температуры, поэтому формула (10) работает только в определённом температурном интервале.

Для металлов: .  Таким образом, если спаи а  и в

(рис. 2) двух разнородных металлов, образующих замкнутую цепь, поддерживать при различных температурах, то в цепи потечёт электрический ток. Это явление было открыто в 1821 году немецким физиком Т. Зеебеком и носит его имя. Существует обратное явление, которое носит имя Пельтье.