Лабораторний практикум з фізики. Частина 3 (ядерна фізика, статистична фізика і термодинаміка, фізика твердого тіла)

 

Напівпровідникові діоди – прилади, які мають односторонню провідність. Вона зумовлюється властивостями запірного шару на межі двох напівпровідників, один з яких має електронну провідність, а другий – діркову. Виготовляють германієві, селенові, купроксні та кремнієві діоди. Германієвий діод типу Д302 в одному (прямому) напрямі при спаді напруги на ньому 0, 25 В пропускає струм до 1 А, а в другому (зворотному) при напрузі 200 В – не більше 1 мА. Інакше кажучи, опір цього діода в прямому напрямі становить 0, 25 Ом, а зворотному – 200 к0м.

Однак виявляється, що напівпровідникові діоди зберігають свої властивості односторонньої провідності лише у вузькому інтервалі температур (порядку – 60°С... +125°С). З підвищенням температури опір діода зменшується, а струм у зворотному напрямі швидко зростає.

 

 

Для встановлення закону зміни опору діодів у зворотному напрямі залежно від зміни температури на рис. 8. 7. 1 подано електричну схему. Селеновий S і германієвий G діоди закріплюють в електричній печі Р разом з термопарою Т, яка в поєднанні з гальванометром G0, проградуйованим в термометричній шкалі, служитиме вимірювачем температури.

Піч Р виготовлена з фарфорової трубки, на яку намотана нікелінова спіраль, вкрита шаром глини, розмішаної з азбестовою ватою. Кінці фарфорової трубки закриті слюдяними заслінками. Струм розжарення спіралі регулюють реостатом R2 від 0, 2 до 0, 5 А.

Потенціометром R1 підбирають струми І1 і І2 так, щоб вони не перевищували струми, допустимі для приладів 

 

1. Склавши коло, перевірити повільним збільшенням напруги U і за показами А1 і А2 справність основних кіл досліджуваних діодів. Відмітивши покази мікроамперметрів і вольтметра, увімкнути коло розжарення печі. Реостатом R2 підібрати такий струм розжарення, щоб швидкість наростання температури становила близько 5 град/хв. Якщо термопара не проградуйована, то перш ніж перейти до вимірювання, треба проградуювати її за допомогою еталонного термометра.

2. Уважно стежачи за показами приладів і не допускаючи відхилення стрілок за межі шкал, через кожні 10 град. зняти та записати значення U, І1, І2, Т.

3. Довівши температуру до 120... 150°С, вимкнути нагрівальну піч і дати остудитися їй до кімнатної температури. При охолодженні системи покази приладів записувати при тих же значеннях температур, що і при нагріванні.

4. За середнім значенням струмів, взятих для відповідних температур при нагріванні і охолодженні, обчислити опори RS і RG вентилів S і G та побудувати графік залежності RS і RG від температури Т.

 

 

1. Власна і домішкова провідність напівпровідників.

2. Температурна залежність провідності провідників.

3. Принципи роботи напівпровідникового діода.

 

 

Мета роботи: навчитися проводити аналіз речовин за допомогою рентгенівських променів.

Прилади та матеріали: рентгенівський спектрограф ДРС-2; мікрофотометр МФ-4.

 

 

Основними напрямками рентгенівської спектроскопії є визначення вмісту елементів в різних речовинах (рентгеноспектральний аналіз) та дослідження розподілу густини електронних станів за енергіями в твердому тілі (дослідження тонкої структури рентгенівських спектрів).

Можливість проведення рентгеноспектрального аналізу випливає із закону Мозлі. Сутність цього закону полягає в тому, що квадратний корінь із числових значень термів для ліній спектрів випускання або для основного краю поглинання є лінійною функцією атомного номера елемента (заряду ядра). В аналітичній формі він записується так:

Отже, знайшовши експериментально енергетичне положення лінії характеристичного спектра елемента, можна визначити його порядковий номер.

Зазначимо, що рентгеноспектральному аналізу слід віддавати перевагу перед іншими аналізами в таких випадках:

1. При аналізі рідкісноземельних елементів;

2. При аналізі хімічно збіжних елементів (наприклад, металів групи платини) ;

3. При аналізі металів, фізичні властивості яких значно змінюються при введенні невеликих кількостей домішок.

Крім цього, рентгеноспектральний аналіз має ряд переваг перед іншими методами, в першу чергу методом оптичної спектроскопії:

1. Число ліній в спектрі мале (біля одного десятка, тоді як в оптичному спектрі, наприклад заліза – більше тисячі ліній) ;

2. Для встановлення наявності елемента достатньо виявити інтенсивні дві – три К- або L- лінії, зокрема К1, 2- або L1, 2- лінії.

3. Відношення інтенсивності ліній одного і того ж елемента є майже постійним, наприклад  ;

4. Спектр елементів майже не залежить від хімічного складу зразка.

Під якісним аналізом розуміють визначення елементного складу зразка за рентгенівськими спектрами. Для якісного аналізу майже не потрібна попередня підготовка зразків і кількісна інформація про вміст елементів.

Рентгеноспектральним методом практично можна визначити всі елементи, починаючи з берилію. Однак рентгенівські спектрометри і квантометри, які є зараз в наявності, забезпечують визначення вмісту хімічних елементів починаючи від 12 Mg. Аналіз елементів від 4 Be до 11 Na потребує використання спеціальної апаратури (спектрометри РСМ-500 та РСЛ-1500), в якій