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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. © by LD DIDACTIC GmbH · Leyboldstrasse 1 · D-50354 Huerth · www.ld-didactic.com Phome: +49-2233-604-0 · Fax: +49-2233-222 · E-mail: [email protected] · Technical alterations reserved 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 © by LD DIDACTIC GmbH · Leyboldstrasse 1 · D-50354 Huerth · www.ld-didactic.com Phone: +49-2233-604-0 · Fax: +49-2233-222 · E-mail: [email protected] · Technical alterations reserved 337 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). © by LD DIDACTIC GmbH · Leyboldstrasse 1 · D-50354 Huerth · www.ld-didactic.com Phone: +49-2233-604-0 · Fax: +49-2233-222 · E-mail: [email protected] · Technical alterations reserved 338