Download Física del estado sólido

P7.2.2.1-2
Física del estado sólido
Fenómenos de conducción
Conducción eléctrica en sólidos
Medición de la resistencia
en función de la
temperatura
Descripción del CASSY Lab 2
CASSY Lab 2 (2011-06-07)
Para descargar ejemplos y ajustes
utilice por favor la ayuda del
CASSY Lab 2.
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CASSY Lab 2
Conducción eléctrica en sólidos
Apropiado también para el Pocket-CASSY y Mobile-CASSY.
Descripción del ensayo
Una simple prueba para modelos de conductividad eléctrica de conductores y semiconductores es el estudio de la
dependencia de la temperatura de la resistencia R. En conductores eléctricos la resistencia R aumenta cuando la
temperatura aumenta, ya que los choques de los electrones casi libres de la banda de conducción con los troncos de
los átomos del conductor juegan un papel muy importante. Por el contrario en semiconductores la resistencia
disminuye cuando la temperatura, debido a que cada vez hay más electrones de la banda de valencia que alcanzan
la banda de conducción y contribuyen a la conductividad.
En el ensayo se mide la resistencia de un metal noble y de un semiconductor en función de la temperatura. Para la
resistencia de metal noble se verifica con una buena aproximación la siguiente relación
R = R0 · (1 + α·ϑ)
(R0: resistencia para ϑ = 0 °C).
en el rango de temperatura estudiado. Para el semiconductor en la evaluación se obtiene una dependencia de la
forma
R‫ן‬e
ΔE/2kT
(k = 1,38·10
-23
J/K: constante de Boltzmann)
con el ancho de banda prohibida ΔE.
Equipo requerido
1
1
1
Sensor-CASSY
CASSY Lab 2
Unidad Fuente de corriente
524 010 ó 524 013
524 220
524 031
1
1
524 045
666 193
1
1
Unidad Temperatura
Sonda de temperatura de NiCr-Ni
o
Adaptador NiCr-Ni S
Sonda de temperatura de NiCr-Ni, tipo K
1
1
1
Resistencia de metal noble
Resistencia semiconductora
Horno tubular eléctrico, 230 V
586 80
586 82
555 81
524 0673
529 676
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CASSY Lab 2
1
2
1
Tomacorriente de seguridad
Cables, 100 cm, negros
PC con Windows XP/Vista/7
502 061
500 444
Montaje del ensayo (véase el esquema)
La temperatura de la sonda en el horno se mide desde la unidad temperatura conectada a la entrada A del SensorCASSY. Aquí se debe introducir la punta de medición en el taladro situado en la parte posterior del horno, de tal
manera que la punta se encuentre directamente en las cercanías del elemento resistivo. La resistencia eléctrica se
registra desde la unidad Fuente de corriente en la entrada B.
Realización del ensayo
·
·
·
·
·
Cargar ajustes
Inicie la medición con
(cada incremento de 5 K de temperatura se registra un par de valores).
Encienda la calefacción del horno.
Después de alcanzar una temperatura máxima de 470 K (aprox. 200 °C) detenga la medición con
Apague el horno y retire la resistencia.
Después de que el horno se haya enfriado repita la medición con otra resistencia.
.
Evaluación
Al emplear una resistencia de metal noble (platino) se obtiene un aumento lineal de la resistencia al aumentar la
temperatura. El coeficiente de temperatura α de la resistencia puede ser determinado fácilmente mediante un ajuste
con una recta. En el ejemplo resulta un aumento de la resistencia de 0,407 Ω/K y una resistencia de 100 Ω para
0 °C, esto es, α = 0,00407 /K. Este resultado concuerda muy bien con el valor que se da en la literatura α =
0,00392 /K para el platino.
La resistencia semiconductora no disminuye linealmente cuando aumenta la temperatura. Un ajuste con una función
exponencial en la representación 1/T (haga un clic con el ratón) confirma la relación indicada anteriormente
ΔE/2kT
R‫ן‬e
para temperaturas T más altas. En el ejemplo para el semiconductor utilizado se obtiene 2k/ΔE =
-20
-19
0,000368 /K, esto es: ΔE = 7,5·10 J = 0,47 eV (1 eV = 1,602·10 J).
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