Обробка результатів вимірювань

1. Обчислити величини і .

2. Побудувати графік залежності від .

3. Провести пряму, яка найбільше наближається до експериментальних точок.

4. Визначити Е як тангенс кута нахилу прямої до осі .

5. Зробити висновки.

 

Контрольні запитання

1. Назвати квантові числа, які визначають стан електрона в атомі. Які значення вони приймають? Записати формули для фізичних величин, які вони визначають.

2. Якими квантовими числами визначається енергія в атомі? Нарисувати схему енергетичних рівнів. Що таке виродження?

3. Сформулювати принцип Паулі.

4. Як пояснює зонна теорія поділ тіл на метали і діелектрики? Нарисувати відповідні зонні схеми.

5. Які тіла називаються напівпровідниками?

6. Що таке дірка? Як вона рухається в електричному полі?

7. Записати формулу для густини струму через концентрацію носіїв струму.

8. Записати формулу для концентрації носіїв струму у власному напівпровіднику.

9. Як залежить опір напівпровідників від температури? І чому?

Лабораторна робота №5.10

Дослідження вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода

Мета роботи: експериментально перевірити теоретичне рівняння вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода.

Теоретичні відомості

(теорію до даної роботи див. також у конспекті лекцій, §§7.6-7.8, 7.14-7.16)

Загальна сила струму І через p-n перехід (рівняння вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода) описується співвідношенням

, (1)

де е – елементарний заряд, U – зовнішня напруга, прикладена до p-n переходу, k – постійна Больцмана, T – абсолютна температура. З рівняння (1) видно, що при великих від’ємних напругах І» І ₀,тобто струм майже постійний. Практично такий результат досягається при напругах порядку 1В. З (1) отримуємо

. (2)

З (2) випливає, що залежність від U пропорційна (рис.1) і тангенс кута нахилу такої залежності tg a = e/ (kT). Для кімнатної температури (290К) в СІ tg a =40,0.

Опис установки

Експериментальна схема для зняття вольт-амперної характеристики діода показана на рис.2. Там D - напівпровідниковий діод, K ₁ – перемикач живлення, K ₂ - перемикач для зміни полярності напруги, прикладеної до діода. Багатомежовий амперметр A використовується для вимірювання сили струму через діод. Багатомежовий вольтметр V використовується для вимірювання напруги, що знімається з потенціометра П.

Хід роботи

1. Зібрати електричну схему.

2. Поставити перемикач К ₂ в положення 1 для зняття прямої частини вольт-амперної характеристики і за допомогою магазину опорів виставити опір 1кОм. Замкнути ключ К ₁.

3. Виміряти напругу і силу струму через певний інтервал. Результати записати в таблицю.

4. Перемикач К₂ перевести в положення 2 і згідно з пунктами 2 та 3 зняти зворотну характеристику, перемкнувши опір на 10 кОм.

5. Для кожного виміру знайти величину .

6.Побудувати на міліметровому папері графік залежності від U.

7.Знайти тангенс кута нахилу прямої. Порівняти експериментальне значення tga з теоретичним.

8.Зробити висновки.

Таблиця вимірювань

Напрям струму	№ вимірювання	І, А	R, кOм		U, B
прямий	1.
2.
3.
. . .
12.
зворотний	1.
2.
3.
. . .
12.

 

Контрольні запитання

1. Назвати квантові числа, які задають стан електрона в атомі. Які значення вони приймають? Записати формули для фізичних величин, які вони визначають.

2. Якими квантовими числами визначається енергія електрона в атомі? Намалювати схему енергетичних рівнів. Що таке виродження?

3. Сформулювати принцип Паулі.

4. Як пояснює зонна теорія поділ тіл на метали і діалекти? Нарисувати відповідні зонні схеми.

5. Які тіла називаються напівпровідниками?

6. Що таке дірка? Як вона рухається в електричному полі?

7. Записати формулу для густини струму через концентрацію носіїв струму.

8. Що таке p-n - перехід? Як він утворюється?

9. Нарисувати вольт-амперну характеристику напівпровідникового діода. Як можна пояснити різні ділянки цієї характеристики?

Лабораторна робота №5.11

Дослідження закону поглинання γ – променів

Мета роботи: експериментально перевірити закон поглинання γ ‑ променів і визначити коефіцієнт поглинання

Теоретичні відомості

(теорію до даної роботи див. також у конспекті лекцій, §8.3)

Поглинання γ -квантів речовиною веде до зменшення інтенсивності випромінювання, що підлягає закону

, (1)

де – інтенсивність падаючого випромінювання, І – інтенсивність випромінювання, яке пройшло крізь шар речовини товщиною х, μ – коефіцієнт поглинання. Коефіцієнт поглинання m залежить від трьох факторів, пов’язаних з такими ефектами, як: фотоелектричне поглинання (m _ф), комптонівське розсіювання (m _к) і генерація електронно-позитронних пар (m _п). Фотоелектричне поглинання відбувається на сильно зв’язаних електронах і відповідає за явище фотоефекту, при якому передається повна енергія g-кванта. Комптонівське розсіювання відбувається на слабозв’язаних електронах, яким передається частина енергії g - кванта. Утворення електронно-позитронних пар відбувається в електричному полі ядер при енергіях більших . Таким чином, повний коефіцієнт поглинання g - квантів при проходженні їх через речовину, рівний сумі коефіцієнтів відповідно для трьох розглянутих процесів: .

Враховуючи, що інтенсивність випромінювання пропорційна кількості N γ -квантів, які фіксуються лічильником γ -випромінювання, співвідношення (1) набуде вигляду

, (2)

де – кількість γ -квантів при відсутності перешкоди, N – кількість γ -квантів після проходженнявипромінювання через n пластинок загальною товщиною d.

Прологарифмуємо (2) і запишемо вираз для μ

, (3)

де

. (4)

Якщо при експериментальній перевірці виявляється, що дійсно пропорційно залежить від , то це буде означати, що виконується закон поглинання (4). Нахил функції до осі визначає коефіцієнт поглинання m.

5)

Опис установки

Для дослідження поглинання g-променів, їх джерело монтують у спеціальну кювету. В цю ж кювету монтуються поглиначі так, що вони знаходяться між джерелом g – роменів і детектором, підключеним до лічильника.

Хід виконання роботи

1. Увімкнути установку в мережу. Натиснути кнопку «Сеть» і прогріти установку декілька хвилин.

2. Задавши час експозиції (не менше 100с), натиснути «Сброс», потім «Пуск». Після закінчення часу експозиції та зупинки підрахунку числа імпульсів фонового випромінювання, записати число імпульсів N_ф.

3. Контейнер з радіоактивним препаратом поставити отвором в бік віконця лічильника. Натиснути кнопки «Сброс» і «Пуск». Після зупинки лічби записати значення .

4. Виміряти штангенциркулем товщину пластинки поглинача зі свинцю і поставити пластинку між отвором контейнера та віконцем лічильника. Знайти значення і записати в таблицю.

5. Збільшуючи кількість пластинок, для кожного випадку знайти відповідне значення і записати його в таблицю, збільшуючи число пластинок до 6-7 штук. Кожного разу слід натискати кнопки «Сброс» і «Пуск».

6. За формулами та визначити – число γ-квантів, що дає джерело при відсутності поглинача і N – число γ-квантів, що проходять поглинач товщиною nd, де n – кількість пластинок, d – товщина однієї пластинки.

7. За формулою (4) визначити f (n) для кожного n.

8. Побудувати графік залежності f (n) від n і зробити висновок відносно виконання закону поглинання.

9. Визначити коефіцієнт поглинання μ γ -променів речовиною пластинок як тангенс кута нахилу прямої графіка f (n) до осі n.

 

Таблиця вимірювань

=; =; =; d =.

N
N¢
N
f (n), м-1

 

Контрольні запитання

1. Записати і пояснити закон радіоактивного розпаду.

2. Що таке α -розпад? Схема a -розпаду.

3. Що таке β -розпад? Схема b -розпаду.

4. Пояснити механізм g -випромінювання.

5. Записати і пояснити закон поглинання. Що таке коефіцієнт поглинання?

6. Які складові коефіцієнта поглинання?