تجربة معملية - تعيين الكمية الأساسية (e/K) - 1994

# تجربة معملية ## تعيين الكمية الاساسية (e/K): ### Determination of the fudamental quantity (e/K): #### مقدمة : تعتبر التجارب الفيزيائية المختصة بتحديد قيم الثوابت الاساسية من التجارب الهامة والتى تعتبر نتائجها من الاهمية بحيث لا يمكن الوثق فى نتائج اى تجربة أخرى بدون معرفة قيم الثوابت الاساسية بد...

# تجربة معملية ## تعيين الكمية الاساسية (e/K): ### Determination of the fudamental quantity (e/K): #### مقدمة : تعتبر التجارب الفيزيائية المختصة بتحديد قيم الثوابت الاساسية من التجارب الهامة والتى تعتبر نتائجها من الاهمية بحيث لا يمكن الوثق فى نتائج اى تجربة أخرى بدون معرفة قيم الثوابت الاساسية بدقة عالية و من التجارب التاريخية الشهيرة تذكر تجربة مليكان لنقطة الزيت لتعيين شحنة الالكترون ، تجربة مليكان لتعيين ثابت بلانك باستخدام ظاهرة الانبعاث الالكترونى الكهروضوئى تجربة طومسون لتعيين الشحنة النوعية em للالكترونات ......... الخ. و لتعيين قيمة ثابت اساسى تجريبيا يجب توفر عدة شروط : 1. أن تعتمد طريقة القياس على الوحدات الاساسية - الكيلو جرام، المتر ، الثانية و الكولوم على أن تحدد بدرجة دقة عالية جدا . و قد تستخدم بعض الوحدات المستخلصة مثل الفولت ، الأمبير ، الجول، درجة الحرارة بالكلفن ........ الخ. 2. العلاقات الرياضية المستخدمة يجب ان تكون كاملة بدون اي تقريب ، و في حالة حتمية التقريب يجب أن لا يؤثر في النتيجة النهائية. 3. عند أجراء التجربه يجب اخذ كافة مصادر الخطأ في الحساب، و يجب ذكر جميع خطوات العمل بصدق حتى يتمكن الأخريين من مراجعة النتيجة لاعتمادها . سوف نستخدم فى هذه التجربة ترانسيستور سليكوني لتعيين قيمة الثابت الأساسي e/K ، حيث e شحنة الالكترون و ثابت بولتزمان . علما بأن القيمة •e/K = 11604,859 Col. "K/ Joul المعترف بها حاليا لاستنتاج العلاقة المزمع استخدامها لتعيين الثابت ، دعنا نفترض وصلة ثنائية مكونه من وصلتين n,p و مطبق جهد مقداره - على الوصلة . و من المبادئ الاساسية الفيزياء الوصلات الثنائية يلزم جهد مقداره Va - V فولت لكي تتمكن الثقوب من الوصول الى الوصلة السالبة . حيث ان vd جهد التسرب ( الجهد الفاصل بين الوصلتين ) . و في حالة عدم تطبيق اي جهد خارجی فان تيار سالب واخر موجب سوف يتسربان في اتجاهين متضادين وبنفس القيمة. و يكون عدد الثقوب المتسربة من الوصلة السالبة الى الوصلة الموجبة لا يعتمد على قيمة الجهد الخارجي المطبق ، و لكن عدد الثقوب المتسربة من الوصلة الموجبة الى الوصلة السالبة تعتمد اساسا على قيمة الجهد الخارجي المطبق وكما هو معروف من ميكانيكا الكم فإن احتمال تسرب تيار من الثقوب من الوصلة الموجبة الى الوصلة السلبة من خلال حاجز الجهد Vd - و يكون تيار الثقوب المار من الوصلة ، exp[-e(Vd-V)/KT[ تساوی إعداد أ.د. علاء الدين عبد الحميد بهجت 1994 #### الموجبة الى الوصلة السالبة يساوى (Ip expe/KT . وعليه يكون : (1) Ip = Ip { exp(eV/KT) -1} #### و بالمثل يكون التيار الالكترونى فى نفس اتجاه تيار الثقوب مساويا : (2) In = In, { exp(eV/KT) -1} #### و يكون التيار الكلى (3) I = Ip + In = (Ip +In. ) [ exp(eV/KT) -1] #### و عندما 1 << (exple/KT يمكن تقريب (۳) الى الصورة (4) I = I, exp (eV/KT) #### و بأخذ اللوغريتم الطبيعي : (5) Ln I = Ln I, + eV/KT وبرسم العلاقة بين Ln I و بين ، تحصل على خط مستقيم ميله مساويا (e/KT) . بتعيين درجة حرارة الغرفة بالتقدير المطلق ( الكلفن ) ، يمكنا حساب قيمة ek . يجب الاشارة هنا أن العلاقة السابقة رقم (۲) تعتبر حالة خاصة للمقوم الثنائي حيث أن العلاقة العامة تكون على الصورة (3a) I = I. {exp(eV/mKT) -1] حيث m معامل تنحصر قيمته بين 2.5 1 تبعا لنوع المقوم، و لعدم امكانية تنفيذ ذلك دائما ، و بالنظر الى شروط اجراء تجربة عيارية فإنه يلزمنا إجراء التجربة بوسيلة أكثر مصداقية بحيث لا تعتمد النتيجة النهائية على أي من المتغيرات الرياضية او الفيزيائية، ولتنفيذ ذلك فإننا سوف نستخدم ترانسيستور بدلاً من المقوم الثنائي و ذلك لانتفاء المعامل m من العلاقة التى تربط بين تيار المجمع مع إبقاء فرق الجهد بينهما V (be) V(bc) =0 I(bc) (collector-base( القاعدة )emitter-base( و جهد المشع القاعدة مساويا للصفر ، و ذلك في حالة التوصيل بقاعدة مشتركة common base يمكن تطبيق العلاقة (۱۳) بالضبط مع وضع 1.0=m بدون أي تقريب •exp[ eV/Kt[ <<1 و بحيث أن I (bc) = I exp[e V(be)/KT] ## الجزء الاول : تعيين قيمة الكمية ek عمليا : ### الادوات : في هذا الجزء نستخدم ترانسيستور قدرة مثل ( BUZOB) ، ملی امیتر 1.0 فولتميتر ( ذو مقاومة دخول كبيرة (M102 R ) ، مجزئ جهد حوالي 100 ΚΩ 1.5 Volt + Enpn C B + mA #### شكل (1) دائرة تعين الكمية / باستخدام ترانسیستور سلیکونی. ### خطوات العمل : 1. وصل الدائرة كما بالشكل (1). 2. دون نتائج الجهد المطبق المشع القاعدة و قيمة التيار التابع (المجمع القاعدة) يمكنك أيضا تغيير التيار بقيم محددة و أخذ قيم الجهد المقابلة. 3. أرسم العلاقة بين (Ln I (bc 4. عين ميل الخط المستقيم الناتج مستخدما علاقة مربع متوسط الجزر . 5. حدد درجة حرارة الوسط ( الغرفة). 6. أحسب قيمة e/K من V (be) العلاقة (0) ## الجزء الثاني : تعين قيمة المعامل m لمقوم ثنائي : ### الادوات : خلية كهربية 1.5 ، مقومم ثنائى ( 4001 ) ، باقى الادوات المستخدمة في الجزء السابق. A K 1.5 Volt Y + ⑦ MA m + #### شكل رقم (۲) دائرة تعين قيمة المعامل m لمقوم ثنائي . ### خطوات العمل : 1. وصل الدائرة كما بالرسم شكل (۲). -2- دون نتائج الجهد المطبق و التيار الناتج -3- ارسم العلاقة بين LIV . -4- عين ميل الخط المستقيم الناتج باستخدام علاقة مربع متوسط الجزر Root mean square -5- حدد درجة حرارة الوسط. -6- احسب قيمة m بتطبيق العلاقة (١٣) و استخدام قيمة / التي حصلت عليها من الجزء الاول. مع اهمال الجد (1) لصغره. -7- حدد الخطأ النسبی، و وضح مصادره ## أسئلة للمراجعة -1- أذكر ما تدل علية الوصلة الموجبة و الوصلة السالبة في المكونات الالكترونية. -2- لماذا يجب أن تستخدم فولتميتر ذو مقاومة دخول عالية جد ؟؟ -3- أذكر السبب في عدم تمكنك من زيادة الجهد المطبق في الدوائر السابقة؟ In ICB V(Volts) T=300 K )ہیں( slope = FRED W. INMAN CARL E. MILLER AJP Volume 41 / 349 March 1973 اللتريستور ) 1.0=m شکل (۳) A A- تعيين الكمية الأساسية عملياً 15/02/2016 The image is of the experiment described in the text. It shows the circuit diagrams, graphs, and a picture of the actual experiment set up. The image does not contain any new textual information not already included in the document.