Proprietățile materialelor conductoare

SCOPUL LUCRARII

Scopul acestei lucrari este de a determina dependenta proprietatilor conductoare ale materialelor de campurile termice si electromagnetice.

Notiuni teoretice:

Intr-un material, condictia electrica consta in aparitia unui flux dirijat de purtatori mobili de sarcina electrica la aplicarea unui camp electric Aceasta curgere ordonata a purtatorilor de sarcina electrica este un curent electric, iar materialul in care are loc acest fenomen fizic se afla intr-o stare electrocinetica.

Aceasta stare poate fi caracterizata local cu ajutorul vectorului , densitatea curentului electric. Definite de forma locala a legii conductiei electrice, coeficientul de rezistivitate electrica de volum sau marimea inversa, conductivitatea electrica de volum desciu cantitativ proprietatile conductoare ale unui material izotrop.

Conform teoriei cuantice conductivitatea electrica a unui material are expresia ρ= , unde n este concentratia purtatorilor mobili de sarcina din material la echilibru termodinamic, iar q si m sunt sarcina, respectiv masa unui purtator de mobil de sarcina. τ se numeste constanta de timp de relaxare fiind determinat de interactia dinamica a purtatorilor de sarcina cu diferite cvasiparticule intalnite de-a lungul traietoriei lor dirijate sub actiunea campului electric.

La metale concentratia purtatorilor mobili de sarcina (electronii) este practic constanta, dependenta rezistivitatii electrice de temperatura fiind determinata numai de constanta de relaxare. La temperaturi foarte scazute este predominant mecanismul de interactie cu impuritatile si defectele existente in material, astfel incat metalul prezinta o rezistivitate independenta de temperatura (rezistivitate reziduala). La temperaturi scazute este predominanta interactia cu fotonii acustici rezultand o proportionalitate a rezistivitatii cu T La temperaturi ridicate acelasi mecanism conduce la o proportionalitate a rezistivitatii cu T.

In cazul materialelor semiconductoare purtatorii mobili de sarcina sunt electronii de conductie si golurile, astfel incat ρ= , unde μ este coeficientul de mobilitate.

Concentratia purtatorilor mobili de sarcina proveniti, la tempeperaturi coborate, in special din mecanismul extrinsec de ionizare a impuritatilor, iar la temperaturi ridicate din mecanismul intrinsec de rupere a legaturilor covalente, creste exponential cu temperatura. Mobilitatea acestor purtatori scade in general la cresterea temperaturii dupa o lege practic neliniara.

Dependenta de temperatura a proprietatilor conductoare ale materialelor:

Vom masura cu ajutorul multimetrului digital rezistenta unei probe semiconductoare intrinseci de Ge si rezistenta unei probe metalice de Ni. Cele doua probe sunt introduse intr-o etuva a carei temperatura variaza suficient de lent pentru ca un set de doua masuratori consecutive sa se faca in aproximativ aceleeasi conditii termice.

Avand dimensiunile probelor (pentru proba de Ge l=10mm, S=10mm*10mm; pentru proba de Ni l=90mm, S=0,7mm*0,14mm) se determina ρ ultilizand formula , iar

Tabelul 1

T [°C] 20 35 40 45 50 55 58 60 62 64

Valori masurate R Ge[Ω] 271 198 163 112 89 79 74 70 64

R Ni[Ω] 122 134 140 149 161 169 165 169 171

Sectiunea calcule ρ Ge[Ωm] 2.71 1.98 1.63 1.12 0.89 0.79 0.74 0.70 0.64

ρ Ni[Ωm] 1.32

*10-2 1.45

*10-2 1.52

*10-2 1.62

*10-2 1.75

*10-2 1.84

*10-2 1.79

*10-2 1.84

*10-2 1.86

*10-2

σGe[1/Ωm] 0.36 0.5 0.61 0.89 1.12 1.26 1.35 1.42 1.56

σNi[1/Ωm] 75.75 68.96 65.78 61.72 57.14 54.34 55.86 54.34 53.76

Se calculeaza apoi coeficientul de temperatura al rezistivitatii pentru cele doua probe:

=0,008013

-0,03804

Stiind ca dependenta conductivitatii de temperatura este data de relatia se traseaza graficul lnσ-(3/2)lnT=f(1/T) din care folosind relatia eV se detremina banda interzisa pentru Ge.

E

Efectul radiatiei electromagnetice asupra proprietatilor de conductie:

Vom utiliza o fotorezistenta inseriata cu o rezistenta de 1kΩ. Rezistenta este folosita pentru a putea masura curentul care trece prin fotorezistenta la o anumita valoare a tensiunii de alimentare (se masoara caderea de tensiune si se imparte la valoarea rezistentei).

a).Determinarea caracteristicii curent tensiune pentru fotorezistenta la intuneric:

Se conecteaza grupul FR-R la o sursa de tensiune continua reglabila. Se variaza tensiunea in intervalul 1-15V si se masoara cu multimetrul digital tesiunea pe fotorezistenta. Se traseaza característica U , iar rezistenta la intuneric a fotorezistentei este panta acestui grafic.