Оборудование

1. Стеклянная пробирка (толщина стенок $\delta=1.00\pm0.05~\text{мм}$)
2. Пенопластовый стакан с крышкой
3. Термометр
4. Мультиметр
5. Провода банан-крокодил – 2 шт.
6. Миллиметровая бумага
7. Линейка
8. Батарейка крона с клеммником
9. Два провода
10. Горячая вода (по требованию)
11. Салфетки
12. Провод банан-банан

Часть А. Ток в пробирке

Большинство стекол состоят из $\mathrm{SiO_2}$, $\mathrm{CaO}$ и оксидов щелочных металлов ($\mathrm{Na_2O}$ или $\mathrm{K_2O}$). Присутствие катионов щелочных металлов обеспечивает слабую проводимость стекла. Но, в отличие от электронов в металле, катионы в стекле не могут двигаться свободно: чтобы «перескочить» в новое место катион должен обладать энергией большей, чем некоторый потенциальный барьер – энергия активации $W_a$. Количество подвижных катионов, то есть катионов с энергией большей $W_a$, при температуре порядка комнатной согласно закону Больцмана:
\[
N \propto \exp\left(-\frac{W_a}{kT}\right),
\]
где $k = 1{,}38 \cdot 10^{-23}$ Дж/К – постоянная Больцмана. Проводимость стекла $\sigma$ пропорциональна количеству подвижных катионов, соответственно, удельное сопротивление $\rho$ – обратно пропорционально:
\[
\rho = \rho_0 \exp\left(\frac{W_a}{kT}\right),
\]
где $\rho_0$ – некоторый постоянный коэффициент.

A1  ^14.00 Снимите зависимость удельного сопротивления стекла пробирки $\rho(t)$ от температуры в диапазоне от $t_1 = 45^\circ\mathrm{C}$ до $t_2 = 75^\circ\mathrm{C}$.

A2  ^6.00 Определите энергию активации $W_a$ катионов в стекле пробирки и выразите ее в электрон-вольтах. Элементарный заряд $e = 1{,}6 \cdot 10^{-19}$ Кл.

Примечание. Внутреннее сопротивление мультиметра на различных диапазонах приведено в таблице. Погрешность составляет 1\%.