HưỚNG dẫn THỰC HÀNH vật lí CHẤT rắn

PHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ CHẤT RẮN ******* HƢỚNG DẪN THỰC HÀNH VẬT LÍ CHẤT RẮN (Tài liệu lƣu hành nội bộ) Hà Nội, 06 / 2015 Mục lục Đề mục Bài thực hành số 1: KHẢO SÁT HỆ QUANG HỌC VÀ LẬP ĐƢỜNG Trang CONG CHUẨN CỦA MÁY ĐƠN SẮC Bài thực hành số 2: XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CURIE CỦA FERIT TỪ Bài thực hành số 3: ĐO HỆ SỐ HALL 12 Bài thực hành số 4: KHẢO SÁT ĐƢỜNG ĐẶC TRƢNG VÔN-AMPE 19 CỦA DIODE BÁN DẪN Bài thực hành số 5: KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA PIN MẶT TRỜI 26 Phụ lục I: Hƣớng dẫn viết báo cáo 32 Phụ lục II: Hƣớng dẫn sử dụng chƣơng trình vẽ đồ thị Origin 33 Phụ lục III: Nội quy phòng thí nghiệm 37 Bài thực hành số KHẢO SÁT HỆ QUANG HỌC VÀ LẬP ĐƢỜNG CONG CHUẨN CỦA MÁY ĐƠN SẮC I Mục đích - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, cấu tạo hệ quang học dùng máy đơn sắc - Lập đường cong chuẩn máy đơn sắc II Thiết bị Hình 2.1 Sơ đồ hệ quang học dùng máy đơn sắc 1.Nguồn sáng; Khe vào; Thấu kính; 2.Kính tụ quang; Hệ lăng kính tán sắc; Mẫu; 3.Thấu kính; Khe ra; Detector ánh sáng Hệ quang học sử dụng có cấu tạo theo sơ đồ hình 2.1 Bộ phận chủ yếu hệ máy đơn sắc YM-2 có lăng kính tán sắc Ánh sáng trắng từ nguồn sáng qua hệ thống kính tụ quang thấu kính qua khe vào 4, đập vào hệ lăng kính Khi truyền qua lăng kính, ánh sáng có bước sóng khác bị lệch theo phương khác Khe cho qua chùm sáng có bước sóng nằm khoảng hẹp Khi quay lăng kính, ta thay đổi độ dài bước sóng chùm sáng khỏi khe Bằng cách thu nhỏ bề rộng khe, ta thu hẹp bề rộng khoảng bước sóng chùm sáng qua khe ra, nghĩa tăng độ đơn sắc chùm sáng Chùm sáng qua thấu kính 7, đập vào mẫu Một phần ánh sáng bị mẫu hấp thụ Phần lại tới detector gây nên tín hiệu điện Tín hiệu có cường độ lớn cường độ chùm ánh sáng tới mạnh Bằng cách quay lăng kính góc khác nhau, ta xác định phụ thuộc cường độ sáng đến detector theo bước sóng ánh sáng Đó phổ cường độ ánh sáng truyền qua mẫu Hệ quang học dùng để nghiên cứu phổ ánh sáng truyền qua mẫu, để xác định phổ hấp thụ mẫu Có thể mở rộng tác dụng hệ đo để nghiên cứu nhiều tính chất quang học khác vật liệu phổ huỳnh quang, phổ quang dẫn Bộ lăng kính máy đơn sắc gắn với cấu cho phép quay góc khác Góc quay lăng kính thị thang chia độ trống Tuy đọc số thang, ta chưa biết độ dài sóng ánh sáng khỏi máy đơn sắc Vì vậy, trước sử dụng hệ đo, ta cần lập đường cong chuẩn cho máy đơn sắc, tức tìm mối quan hệ số thang bước sóng ánh sáng Để làm việc này, thay vào chỗ nguồn sáng 1, ta đặt đèn quang phổ chuẩn Đó đèn phát sáng nhờ phóng điện ống chứa chất khí tinh khiết Mỗi chất khí, bị kích thích phóng điện, phát ánh sáng có quang phổ vạch Số vạch bước sóng vạch quang phổ đặc trưng cho chất khí Trong thực hành này, ta dùng đèn thuỷ ngân Phổ phát xạ thủy ngân xác định xác công bố bảng tra cứu dạng phổ mẫu Nếu ghi quang phổ đèn thủy ngân theo số thang máy đơn sắc, ta so sánh với phổ mẫu, xác lập tương quan độ dài sóng ánh sáng số thang Đồ thị phụ thuộc gọi đường cong chuẩn máy đơn sắc Lối vào ADC Hình 2.2 Sơ đồ đo điện trở cảm biến dùng card ADC Trống quay máy đơn sắc ghép đồng trục với biến trở chạy có nhiều vòng (0 – 5000 ) Khi trống quay, giá trị điện trở chạy đầu biến trở thay đổi Vì vậy, cách đo giá trị phần điện trở này, ta xác định góc quay trống từ xác định bước sóng ánh sáng lối máy đơn sắc Trống làm quay nhờ động điện Detector dùng quang điện trở CdS Ánh sáng chiếu vào detector làm thay đổi điện trở Khi ánh sáng chiếu vào, điện trở quang điện trở lớn Khi có ánh sáng chiếu vào, điện trở giảm tuỳ theo cường độ bước sóng ánh sáng chiếu vào Vì vậy, cách đo điện trở detector, ta thu thông tin cường độ ánh sáng Detector biến trở nối vào hộp kết nối Hộp nối với máy vi tính qua card biến đổi tương tự-số (ADC) Vì card ADC nhận tín hiệu điện áp nên để máy tính đo điện trở từ detector biến trở, ta nối chúng với card ADC theo sơ đồ hình 2.2 Chương trình SPECTRUM dùng để điều khiển trình đo III Thực hành Quan sát hệ quang học Tìm hiểu công dụng phận hệ hoạt động Bật máy vi tính Điều chỉnh quang: - Đặt đèn thủy ngân vào vị trí nguồn sáng bật cho đèn sáng - Điều chỉnh đèn thấu kính cho thu ảnh rõ nét đèn khe vào - Điều chỉnh khe vào máy tới giá trị khoảng mm Đặt mảnh giấy trắng phía khe Quay trống cho lối trông thấy vệt sáng giấy Điều chỉnh thấu kính detector cho chùm sáng rơi vào detector Thu hẹp hai khe lại đến bề rộng nhau, khoảng 0,3-0,8 mm Việc đo phổ đƣợc thực hai thiết bị sau: card ADC ghép nối qua khe cắm PCI (Phần mềm chạy win98) card ADC ghép nối qua cổng RS-232 (Phần mềm chạy win7) a Phép đo phổ sử dụng card ADC ghép nối qua khe cắm PCI (Phần mềm chạy win98) Khởi động chương trình SPECTRUM: Từ hình windows, kích đúp vào biểu tượng shortcut SPECTRUM Phần mềm SPECTRUM hiển thị tiếng Việt nên dễ dàng xử dụng Sau khởi động, máy chuyển sang chế độ khớp điện trở biến trở theo vị trí trống quay Lập bảng khớp điện trở biến trở theo vị trí trống quay Đưa trống quay tới vị trí 200o (hoặc 3000o), nhập giá trị vào máy nhấn Enter, máy tự đo giá trị tương ứng biến trở Bảng khớp điện trở Vị trí tự ghi lại máy, dùng để máy nội suy tuyến tính từ giá trị điện trở sang số đo độ vị trí Lập đường cong chuẩn - Dùng tay quay trống số 3000 Hạ động cho trống quay Chuyển chương trình sang chế độ đo (nhấn tiếp tục) Máy tính vẽ đồ thị phụ thuộc cường độ sáng vào vị trí trống quay ghi lại kết đo dạng tệp tin liệu Khi máy đo xong (trống quay đến vị trí 200 0) nâng động lên, ghi lại kết (nhấn lưu lại) thoát khỏi chương trình (nhấn thoát) Nếu trình đo, việc chỉnh quang chưa tốt số nguyên nhân khách quan khác mà kết thu không hợp lý, ta đo lại mà không cần phải thực trình khớp vị trí trống quay theo điện trở biến trở: đưa động vị trí 3000 o, hạ cho chạy động cơ, cho chương trình SPECTRUM hoạt động (nhấn đo lại) - Quan sát kết chương trình vẽ đồ thị Origin So sánh với phổ mẫu, xác định bước sóng ứng với đỉnh phổ Xây dựng đồ thị bước sóng đỉnh phổ theo giá trị vị trí trống quay Tiến hành "fit" đồ thị hàm thích hợp lập đường cong chuẩn b Phép đo phổ sử dụng card ADC ghép nối qua cổng RS-232 (Phần mềm chạy win7) Khởi động chương trình cách nhắp chuột vào biểu tượng (Spectrum): Bấn nút “Start” (hình bên) để chương trình đo lấy liệu Sau đo xong, bấm nút Stop để dừng chương trình, sau nút stop tự động chuyển thành nút Save (hình bên): Bấm vào nút Save tìm đường dẫn để lưu liệu Lƣu ý: Đôi việc lƣu liệu gặp lỗi dẫn đến không lƣu đƣợc file Trong trƣờng hợp đó, vào ổ D tìm file TEM1.txt Đây file liệu vừa đo Sau có liệu, sử dụng phần mềm Origin để vẽ phổ dựng đường cong chuẩn theo hướng dẫn giáo viên IV Những vấn đề cần tìm hiểu Hiện tượng tán sắc ánh sáng qua lăng kính Tác dụng hệ lăng kính tán sắc so với lăng kính tán sắc Nguyên tắc hoạt động hệ đo quang học Các phận chủ yếu hệ vai trò chúng Trong máy đơn sắc, thay hệ lăng kính tán sắc thiết bị Có thể thực phép đo hệ quang học để nghiên cứu tính chất vật liệu? Nguyên tắc phép đo gì? Các phép đo cung cấp thông tin vật liệu? Cách ghép nối máy tính với hệ đo Nguyên tắc biến đổi tương tự - số cách đo điện trở cảm biến dùng máy tính Nguyên tắc làm việc máy tính hệ đo Ý nghĩa cách lập đường cong chuẩn hệ đo quang học Sử dụng chương trình Origin để vẽ đồ thị xử lí kết thực nghiệm Vai trò đèn thủy ngân việc lập đường cong chuẩn? Nếu dùng nguồn sáng khác cho mục đích lập đường cong chuẩn hệ quang nguồn sáng phải có đặc điểm gì? Ý nghĩa việc thay đổi độ rộng khe vào khe ra? Nên chọn độ rộng khe vào khe cho hợp lý? Bài thực hành số XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CURIE CỦA FERIT TỪ I Mục đích Xác định nhiệt độ Curie ferit từ II Tóm tắt lý thuyết Vật liệu sắt từ nhiệt độ Curie Các vật liệu sắt từ (Fe, Ni, Co, ) đặt vào từ trường H bị từ hoá (nhiễm từ tính) mạnh Nguyên nhân bên khối sắt từ xuất từ trường phụ B’ hướng lớn so với H Vì vậy, từ trường tổng hợp khối sắt từ có giá trị bằng: B = oH + B’ = oH Hệ số  gọi độ từ thẩm sắt từ Trị số  phụ thuộc phức tạp vào độ lớn H đạt tới khoảng 104, nghĩa từ trường tổng hợp khối sắt từ lớn gấp hàng vạn lần so với từ trường Do đặc tính này, vật liệu sắt từ dùng rộng rãi kỹ thuật điện để làm lõi từ biến điện, động điện, nam châm điện, rơ le điện từ Các chất sắt từ, bên cạnh khả từ hoá mạnh có hàng loạt tính chất khác với tính chất thuận từ nghịch từ, phụ thuộc không tuyến tính vào H cảm ứng từ B, tượng từ trễ, tượng từ giảo Tuy nhiên, tính chất sắt từ xuất khoảng nhiệt độ xác định Nếu khối sắt từ bị nung nóng đến nhiệt độ T  TC tính chất sắt từ biến trở thành chất thuận từ Nhiệt độ TC gọi nhiệt độ Curie, giá trị phụ thuộc vào chất chất sắt từ Bên cạnh đó, chất sắt từ nhiệt độ Curie có hàng loạt dị thường nhiệt dung, điện trở suất, từ giảo Ở gần nhiệt độ Curie, hệ số từ hoá ban đầu chất sắt từ đạt đến cực đại Các đặc tính chất sắt từ giải thích thuyết miền từ hoá tự nhiên III Nguyên tắc, cấu tạo hoạt động hệ đo Nhiệt độ Curie ferit xác định phương pháp cảm ứng điện từ 3.1 Mạch từ từ trở Trong điện kỹ thuật ta thường phải sử dụng mẫu sắt từ có dạng khung kín (như lõi sắt từ nam châm điện, biến điện…) Các khung sắt từ kín có hình dạng khác gọi mạch từ kín Đối với mạch từ kín đường sức từ chạy mạch từ không thoát Một mạch từ không tạo khung kín gọi mạch từ hở Đối với mạch từ hở, phần đường sức từ nằm mạch từ Xét mạch từ đơn giản (Hình 1) gồm hai đoạn: đoạn mạch khung sắt từ có tiết diện ngang S, có độ từ thẩm  đoạn mạch khe hở (không khí) nhỏ có tiết diện có độ từ thẩm k Đại lượng m = NI ( N số vòng dây điện khung; I cường độ dòng điện qua cuộn dây) gọi suất từ động Từ thông  khung (cũng khe hở) liên hệ với suất từ động m theo biểu thức:  Hình 1: Mạch từ không phân nhánh đơn giản m Rm Đại lượng Rm gọi từ trở toàn phần mạch, với mạch xét thì: Rm  l  S  lk 0 k S (l chiều dài trung bình khung; lk khoảng cách khe hở) Các đại lượng: rm  l  S ; rmk  lk 0 k S từ trở đoạn mạch từ tương ứng Như Rm = rm + rmk , tức từ trở toàn phần mạch từ không phân nhánh tổng từ trở đoạn mạch từ hợp thành Kết với mạch từ không phân nhánh gồm nhiều đoạn mạch từ hợp thành: Rm = rm1 + rm2 + + rmn III Thực hành 3.1 Thiết bị sơ đồ thực nghiệm a, Thiết bị: - Nguồn chiều ổn định - Ampe kế hay đồng hồ đo dòng - Vôn kế - Diode - Biến trở Rx - Điện trở R - Các dây nối - Nguồn nhiệt b Sơ đồ thực nghiệm Sơ đồ mạch điện để khảo sát dòng thuận diode thể hình 3.5 hình 3.6 A R P + - V Rx N o Hình 3.5: Sơ đồ mạch điện khảo sát dòng thuận diode Hình 3.6: Sơ đồ mạch điện khảo sát dòng ngược diode 23 3.2 Các bước tiến hành thí nghiệm Tìm hiểu, xác định thông số nguồn, dụng cụ đo điện, kiểm tra lượng nước cốc bếp Đặc biệt ý cách nối cặp nhiệt tới đồng hồ đo, thang đo ampe kế với mạch đo, ý giới hạn an toàn… Đo dòng thuận: + Lắp ráp mạch điện thí nghiệm theo sơ đồ hình 5, trỏ biến trở đặt vị trí O (vị trí cho hiệu điện không hai cực diode), đồng hồ đo dòng (mA) đặt thang 200mA, vôn kế đặt thang 20V, diode đặt nhiệt độ phòng Thay đổi giá trị biến trở Rx cho dòng điện qua diode nằm khoảng ÷ 200 (mA), xác định giá trị tương ứng I U đồng hồ đo + Lặp lại trình thực thí nghiệm nhiệt độ khác cách bật nguồn điện nối với bếp nhiệt độ diode đạt giá trị mong muốn (chú ý nhiệt độ bị giảm trình đo lâu ta phải bật bếp trở lại để bù lại phần nhiệt mất) + Từ đường đặc trưng I-V, sử dụng phần mềm origin để xác định I0 nhiệt độ khác từ vẽ đường cong phụ thuộc I0 vào nhiệt độ Đo dòng ngƣợc: Lắp giáp sơ đồ mạch điện theo sơ đồ hình 6, trỏ biến trở đặt vị trí O (vị trí cho hiệu điện không hai cực diode), đồng hồ đo dòng đặt thang 200 mA, vôn kế thang 20V Kiểm tra lại mạch thật cẩn thận, sau chuyển thang đo dòng sang thang μA, thay đổi điện áp đặt vào diode cách thay đổi vị trí biến trở, xác định giá trị đặt vào diode dòng qua diode đồng hồ đo Kết hợp với kết thu bước 2, xây dựng đường đặc trưng I-V diode nhiệt độ phòng Bật bếp để tăng nhiệt độ diode Ứng với nhiệt độ, tiến hành khảo sát đặc trưng I-V theo bước Dựa vào kết thu được, dựng đường cong thực nghiệm phụ thuộc dòng ngược (ứng với điện ngược xác định) vào nhiệt độ IV Một số vấn đề lý thuyết cần chuẩn bị Định nghĩa bán dẫn tinh khiết, bán dẫn loại p, loại n 24 Giải thích hình thành điện trường tiếp xúc Xây dựng giải thích công thức, dạng đường đặc trưng I -V lớp chuyển tiếp pn Giải thích khác hai sơ đồ đo đặc trưng I – V Giải thích ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất dẫn điện bán dẫn Các chế đánh thủng lớp chuyển tiếp p-n Ghi chú: Một số thiết bị thí nghiệm Nguồn điện Điện trở R Biến trở Rx Bếp Ống thủy tinh chứa diode cặp nhiệt Đồng hồ đo nhiệt độ Cặp nhiệt Dây nối tới diode 25 Bài thực hành số KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA PIN MẶT TRỜI I Mục đích - Tìm hiểu cấu trúc, nguyên lý hoạt động, thông số đặc trưng pin mặt trời - Khảo sát đường đặc trưng I-V pin mặt trời cường độ sáng khác - Xác định giá trị hiệu điện mạch hở (Voc), cường độ dòng điện ngắn mạch (Isc), công suất cực đại (Pmax), fill factor (FF), hiệu suất chuyển đổi lượng () pin mặt trời từ đường đặc trưng I-V giá trị nhiệt độ cường độ nguồn sáng khác - Khảo sát phụ thuộc thông số pin (Voc, Isc, Pmax, FF, ) vào cường độ nguồn sáng II Pin mặt trời 2.1 Hoạt động pin mặt trời Hình Sơ đồ cấu tạo pin mặt trời đơn lớp chuyển tiếp sử dụng vật liệu hợp chất bán dẫn III-V Ánh sáng chiếu tới với lượng đủ lớn tạo cặp điện tử - lỗ trống Điện tử khuếch tán phía bán dẫn loại n tới điện cực lỗ trống khuếch tán phía bán dẫn loại p phía điện cực trước Hiệu điện lớp chuyển tiếp p-n điều khiển dòng chạy qua mạch Một photon có lượng đủ lớn chiếu vào bề mặt vật liệu bán dẫn tạo cặp điện tử - lỗ trống tự Tùy thuộc vào loại bán dẫn chất lượng vật liệu, 26 cặp điện tử - lỗ trống tái hợp khoảng thời gian từ nano giây tới mili giây trừ trường hợp cặp điện tử - lỗ trống trích xuất để tạo thành dòng điện Lớp chuyển tiếp p-n sử dụng để thực trình trích xuất cặp điện tử - lỗ trống vật liệu bán dẫn Thông thường, bán dẫn loại p loại n có nồng độ pha tạp thấp sử dụng để hình thành lớp chuyển tiếp p-n cấu trúc pin mặt trời Khi cặp điện tử - lỗ trống sinh ánh sáng kích thích, điện tử khuếch tán phía bán dẫn loại n lỗ trống khuếch tán phía bán dẫn loại p tạo nên hiệu điện lớp chuyển tiếp p-n minh họa hình Nếu mạch nối với điện trở hiệu điện lớp chuyển tiếp p-n điều khiển dòng điện tử lỗ trống tạo dòng điện mạch 2.2 Phổ phát xạ mặt trời Hình Phổ phát xạ mặt trời điều kiện AM1.5G, 1.5D, Phổ mặt trời chứa đựng photon có bước sóng từ vùng tử ngoại đến vùng hồng ngoại với phân bố lượng hình Các photon có lượng thấp độ rộng vùng cấm vật liệu sử dụng để chế tạo pin mặt trời, Eph< Eg, không đủ lượng để tạo cặp điện tử - lỗ trống Do photon phản xạ bề mặt truyền qua vật liệu bán dẫn lượng chúng không sử dụng Các photon có lượng bên lượng vùng cấm vật liệu bán dẫn, E ph> Eg, tạo cặp điện tử - lỗ trống Tuy nhiên, lượng dư thừa, Eph –Eg, bị trình sinh nhiệt pin mặt trời Do đó, lượng photon có bước sóng ngắn sử dụng phần việc tạo cặp điện tử - lỗ trống, phần lại 27 đóng góp vào trình sinh nhiệt pin mặt trời Hình minh họa phổ mặt trời điều kiện AM 1.5G, AM 1.5D, AM 2.3.Hiệu suất chuyển đổi lƣợng pin mặt trời Hiệu suất chuyển đổi lượng pin mặt trời thông số quan trọng sử dụng để so sánh khả hoạt động loại pin mặt trời khác Hiệu suất chuyển đổi lượng định nghĩa tỷ số lượng đầu pin với lượng đầu vào ánh sáng mặt trời Ngoài phụ thuộc vào chất loại pin mặt trời khác nhau, hiệu suất chuyển đổi lượng phụ thuộc vào đặc trưng phổ mặt trời, cường độ ánh sáng chiếu đến, nhiệt độ hoạt động pin Do đó, đo hiệu suất chuyển đổi lượng pin, điều kiện cần thiết lập cách cẩn thận Hình Đường đặc trưng I-V pin mặt trời Hiệu suất chuyển đổi lượng pin mặt trời xác định là: Với Voc(V) hiệu điện mạch hở; Isc(A) cường độ dòng điện dòng ngắn mạch; FF(%) fill factor; (%) hiệu suất chuyển đổi lượng; Ac(m2) diện tích bề mặt pin mặt trời, Ein(W/cm2) cường độ ánh sáng chiếu tới bề mặt pin 28 Thông qua việc khảo sát đường đặc trưng I-V pin mặt trời (như hình 3), hiệu suất chuyển đổi lượng pin mặt trời xác định thông qua thông số Voc, Isc, FF công suất ánh sáng chiếu rọi III.Dụng cụ thí nghiệm Các dụng cụ thí nghiệm hình Hình 4: Bộ thí nghiệm khảo sát đường đặc trưng I-V pin mặt trời Nguồn sáng Máy khuếch đại Tấm pin mặt trời Tấm kính thủy tinh Vôn kế Máy sấy Ampe kế 10 Thước đo độ dài Biến trở 11 Cặp nhiệt độ Pin nhiệt điện 12 Các dây dẫn IV Thực hành 4.1 Sơ đồ thực nghiệm 29 IV.1 Sơ đồ mạch điện mắc hình Hình Mạch đo đường đặc trưng vôn - ampe 4.2 Tiến trình thí nghiệm A Nhiệm vụ Khảo sát phụ thuộc cường độ sáng đèn vào khoảng cách sử dụng pin nhiệt điện Cường độ ánh sáng thay đổi việc điều chỉnh khoảng cách nguồn sáng pin mặt trời Đầu tiên, đo cường độ ánh sáng pin nhiệt điện máy khuếch đại khoảng cách khác tới nguồn sáng (Chú ý: điện áp đầu cực đại máy khuếch đại 10 V) Khoảng cách đèn pin nhiệt điện không nhỏ 50 cm.Với giá trị hiệu điện pin nhiệt điện 0.16 mVsẽ tương ứng với mW công suất nguồn sáng Từ giá trị đường kính pin nhiệt điện 2.5 cm, cường độ nguồn sáng J (mW/cm2) khoảng cách khác xác định Thiết lập phụ thuộc cường độ nguồn sáng J theo khoảng cách s Vẽ đồ thị nhận xét kết thu B Nhiệm vụ Khảo sát đường đặc trưng I-V pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ nguồn sáng Sau xác định phụ thuộc cường độ nguồn sáng vào khoảng cách, pin nhiệt điện thay pin mặt trời để khảo sát đường đặc trưng I-V với sơ đồ mạch đo hình Lập đồ thị đường đặc trưng I-V khoảng cách 50, 70, 100 cm tính từ nguồn sáng.Nhận xét kết thu Việc thay đổi cường độ nguồn sáng thực thông qua việc đặt thủy tinh (8) vị trí nguồn sáng pin mặt trời Tại vị trí cách nguồn sáng 70 cm, sử dụng pin nhiệt điện để xác định cường độ nguồn sáng sử dụng thủy 30 tinh để làm thay đổi cường độ nguồn sáng Thay pin nhiệt điện pin mặt trời vẽ đường đặc trưng I-V giá trị cường độ nguồn sáng vừa xác định Nhận xét kết thu C Nhiệm vụ Xác định giá trị hiệu điện mạch hở (Voc), cường độ dòng điện ngắn mạch (Isc), công suất cực đại (Pmax), fill factor (FF), hiệu suất chuyển đổi lượng () pin mặt trời từ đường đặc trưng I-V giá trị nhiệt độ cường độ nguồn sáng khác Từ đường đặc trưng I-V đo nhiệm vụ 2,3, hình 3, công thức xác định hiệu suất chuyển đổi lượng, xác định giá trị hiệu điện mạch hở (Voc), cường độ dòng điện ngắn mạch (Isc), công suất cực đại (Pmax), fill factor (FF), hiệu suất chuyển đổi lượng () pin mặt trời D Nhiệm vụ Khảo sát phụ thuộc thông số pin (Voc, Isc, Pmax, FF, ) vào cường độ nguồn sáng Vẽ đồ thị phụ thuộc thông số Voc, Isc, FF, , Pmax vào cường độ nguồn sáng nhận xét kết thu 31 Phụ lục I: Hƣớng dẫn viết báo cáo Báo cáo thí nghiệm viết theo mẫu trang sau Báo cáo thí nghiệm Tên thí nghiệm: (Viết chữ in)………………………… Họ tên: (Viết chữ in)…………………….…… Lớp: …………………… Nhóm: ………………… Những ngƣời nhóm: (Viết chữ thường) ……………… … ……………………………………… ……………………………………… ……………………………………… Ngày……….tháng……… năm………… I Tóm tắt nội dung Mô tả vắn tắt nội dung thí nghiệm (Tùy thuộc vào đặc điểm thí nghiệm mà tóm tắt viết từ đến 10 dòng ) II Kết a Mô tả sơ lược điều kiện thực phép đo (VD: phép đo thực điều kiện nhiệt độ, áp suất… phép đo thực với điện lối vào v…v) b Trình bày kết thu qua phép đo (Tùy mà kết trình bày dạng đồ thị, bảng liệu…) c Nêu rõ biến cố khách quan chủ quan xảy trình đo làm ảnh hưởng đến phép đo III Thảo luận kết a Giải thích nội dung kết quả, biện luận để loại bỏ kết nghi ngờ b So sánh kết thực nghiệm với lý thuyết c Giải thích khác (nếu có) kết thực nghiệm so với lý thuyết với kết đo người khác IV Kết luận Ghi kết cuối mà phép đo thực theo yêu cầu V Trả lời câu hỏi 32 Phụ lục II: Hƣớng dẫn sử dụng chƣơng trình vẽ đồ thị Origin Sử dụng bản: Chương trình vẽ đồ thị origin nhận liệu từ file có dạng: *.DAT, *.TXT, *.CSV, file liệu số từ Excel Chương trình cho phép vẽ, xử lý đồ thị, xử lý liệu tiện lợi dễ sử dụng Các bước sử dụng đơn giản chương trình: Bƣớc 1: Kích hoạt biểu tượng Origin hình Window, Cửa sổ hoạt động chương trình xuất hình Hình Hình Bƣớc 2: Có thể nhập liệu vào hai cột trực tiếp từ bàn phím sau tiến hành vẽ đồ thị thực theo bước Bƣớc 3: Để nhập liệu từ file liệu phù hợp có sẵn kích vào File menue hình, chọn lệnh Import, chọn ASCII (hình 2) Lựa chọn file liệu cần vẽ đồ thị từ ổ đĩa thư mục chứa (chú ý nên để file of type dạng *.*) kích vào Open Lúc liệu nhập vào bảng hình hoạt động origin hình Hình Hình 33 Bƣớc 4: Bôi đen cột cách kích vào B[Y], kích vào Plot sau chọn line (hình 4), đồ thị phụ thuộc B[Y] vào A[X] trình bày hình Bƣớc 5: Ta đặt tên cho trục toạ độ đồ thị cách kích vào X axis title Y axis title (hình 6) Đồ thị in lệnh Print menue File Hình Hình Sử dụng hàm fit a Khái niệm hàm fit Giả sử ta có phụ thuộc giá trị Y vào giá trị tương ứng X thể điểm đồ thị (X,Y), Hàm y = f(x) gọi hàm fit phụ thuộc đường biểu diễn hàm y=f(x) qua điểm biểu diễn phụ thuộc (X,Y) với sai số cho phép Hàm fit phù hợp sai số nhỏ Lấy ví dụ hình 7, phụ thuộc giá trị Y vào X thể chấm vuông đồ thị, đường cong liền nét đường biểu diễn hàm số: Y =0,35904 + 1,00381.10-4 x – 5,03782.10-8 x2 + 1,45903.10-11 x3 (1) Nếu chấp nhận sai số hàm (1) gọi hàm fit phụ thuộc giá trị Y vào X biểu diễn hàm b Sử dụng hàm fit chương trình origin Sau vẽ đồ thị chương trình origin (sau bước 5), ta tìm hàm fit cho đồ thị cách kích vào Analysis hình hiển thị origin Chúng ta thấy nhiều loại hàm fit (hình 8) Chúng ta phải lựa chọn hàm cho phù hợp với đồ thị Tuy nhiên để tiết kiệm thời gian ta dự đoán loại hàm fit phù hợp 34 Sau hàm fit chọn, máy tính tính toán hệ số hàm fit cho đường biểu diễn hàm gần với điểm đồ thị cần fit (hình 9, 10) Hình Hình Những hàm fit mục Analysis chọn hàm sau: Fit Linear hàm fit tuyến tính Fit Polynomial hàm fit có dạng hàm mũ (y = f(x)) có số mũ x có giá trị từ đến Với x có số mũ hàm tuyến tính (hình 9) Fit Exponential Decay dạng hàm y = yo + A e  ax Fit Exponential Growth dạng hàm y = yo + A e ax Fit Sigmoidal Fit Gaussian hàm có dạng y  yo  2 A w  Fit Lorentzian hàm có dạng y  yo  Hình e ( x  xc )2 w2 2A w  4( x  xc )  w2 Hình 10 35 Máy tính không cung cấp cho ta đủ hàm Fit phù hợp với tất đường đồ thị Do trường hợp không tìm thấy hàm fit có sẵn, ta đưa hàm fit phù hợp với đường cong đồ thị ta vào cách lựa chọn lệnh Non-linear Curve Fit menu Analysis sau đưa hàm fit vào theo hướng dẫn hình 11 Máy tính tính toán tìm hệ số hàm số đưa vào cho đạt hàm Fit phù hợp Hình 11 36 Phụ lục III: Nội quy phòng thí nghiệm 37 [...]... tắc làm việc của máy tính với bài thực hành 5 Cách xác định nhiệt độ Curie từ đồ thị sự phụ thuộc của suất điện động cảm ứng theo nhiệt độ Sử dụng chương trình Origin để xử lý kết quả thực nghiệm 11 Bài thực hành số 3 ĐO HỆ SỐ HALL I Mục đích - Nắm được lý thuyết hiệu ứng Hall - Nắm được phương pháp đo hệ số Hall - Thực hành đo hệ số Hall của một mẫu bán dẫn - Xử lí và nhận xét kết quả thu được II... ứng Hall Hiệu điện thế Hall phụ thuộc vào bản chất của chất bán dẫn, cường động dòng điện chạy chất bán dẫn và từ trường Vậy, với một chất bán dẫn xác định có dòng điện không đổi chạy qua thì hiệu điện thế Hall khi đó chỉ còn phụ thuộc vào từ trường đặt vào mẫu Lợi dụng tính chất này, chúng ta có thể đo từ trường thông qua đo hiệu điện thế Hall của mẫu bán dẫn Để làm được điều này, trước hết chúng ta... hiệu ứng Hall trong bán dẫn 2 Phương pháp đo van Der Pauw 3 Các phương pháp tạo từ trường, cách xác định hướng, độ lớn của từ trường 4 Cách xác định hệ số Hall và loại hạt tải cơ bản của bán dẫn 18 Bài thực hành số 4 KHẢO SÁT ĐƢỜNG ĐẶC TRƢNG VÔN-AMPE CỦA DIODE BÁN DẪN I Mục đích - Cung cấp kiến thức về cơ chế hoạt động lớp tiếp xúc p-n của diode bán dẫn và một số loại diode bán dẫn cơ bản - Tìm hiểu... trống tự do Tùy thuộc vào loại bán dẫn và chất lượng vật liệu, 26 cặp điện tử - lỗ trống sẽ tái hợp trong khoảng thời gian từ nano giây tới mili giây trừ trường hợp cặp điện tử - lỗ trống này được trích xuất để tạo thành dòng điện Lớp chuyển tiếp p-n có thể được sử dụng để thực hiện quá trình trích xuất cặp điện tử - lỗ trống trong vật liệu bán dẫn Thông thường, các bán dẫn loại p và loại n có nồng độ... dụng vật liệu hợp chất bán dẫn III-V Ánh sáng chiếu tới với năng lượng đủ lớn sẽ tạo ra cặp điện tử - lỗ trống Điện tử khuếch tán về phía bán dẫn loại n và tới điện cực dưới còn lỗ trống khuếch tán về phía bán dẫn loại p và về phía điện cực trước Hiệu điện thế giữa lớp chuyển tiếp p-n sẽ điều khiển dòng chạy qua mạch ngoài Một photon có năng lượng đủ lớn khi được chiếu vào bề mặt của vật liệu bán dẫn. .. giấy Thoát khỏi chương trình Origin 10 9 Thu dọn bài thực hành, tắt máy tính V Câu hỏi 1 Sự phân loại các vật liệu từ, các đặc tính của vật liệu sắt từ Thuyết miền từ hoá tự nhiên trong việc giải thích các đặc tính của vật liệu sắt từ 2 Mạch từ và từ trở 3 Nguyên tắc xác định nhiệt độ Curie bằng phương pháp cảm ứng điện từ 4 Các ghép nối bài thực hành với hệ đo Nguyên tắc biến đổi tương tự - số và cách... này, có thể di chuyển cần mẫu (5) theo các hướng khác nhau Mẫu (6) được gắn trên cần mẫu, các tiếp điểm trên mẫu được nối ra ngoài qua các dây dẫn 7 Hộp (8) bao gồm nguồn một chiều cấp dòng cho mẫu, các ampekế và vônkế để xác định hiệu điện thế Hall IV.Các thao tác thực hành A Đo từ trƣờng bằng cảm biến Hall Như ta đã biết, khi có dòng điện chạy trong chất bán dẫn đặt trong từ trường thì sẽ xảy ra hiệu... tăng nhiệt độ của diode Ứng với mỗi nhiệt độ, tiến hành khảo sát đặc trưng I-V theo các bước ở trên 5 Dựa vào các kết quả thu được, dựng đường cong thực nghiệm sự phụ thuộc của dòng ngược (ứng với 1 điện thế ngược xác định) vào nhiệt độ IV Một số vấn đề lý thuyết cần chuẩn bị 1 Định nghĩa bán dẫn tinh khiết, bán dẫn loại p, loại n 24 2 Giải thích sự hình thành điện trường tiếp xúc 3 Xây dựng và giải thích... hai sơ đồ đo đặc trưng I – V 5 Giải thích ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất dẫn điện của bán dẫn 6 Các cơ chế đánh thủng lớp chuyển tiếp p-n Ghi chú: Một số thiết bị chính của bài thí nghiệm Nguồn điện Điện trở R Biến trở Rx Bếp Ống thủy tinh chứa diode và cặp nhiệt Đồng hồ đo nhiệt độ Cặp nhiệt Dây nối tới diode 25 Bài thực hành số 5 KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA PIN MẶT TRỜI I Mục đích - Tìm hiểu cấu... nên điện trường Ey và làm xuất hiện một điện thế U khi vật dẫn có dòng điện chạy qua, được đặt trong từ trường gọi là hiệu ứng Hall 2.2 Hiệu ứng Hall trong bán dẫn Xét một dòng điện có mật độ dòng điện j chạy qua một mẫu bán dẫn hình hộp chữ nhật có chiều dày d Một từ trường cảm ứng từ B đặt vuông góc với j và vuông góc với bản (hình 1) Trong bán dẫn luôn tồn tại hai loại hạt mang điện electron và lỗ