Порядок выполнения работы. 1. Установить подвижный контакт, с помощью которого изменяется длина нихромовой

1. Установить подвижный контакт, с помощью которого изменяется длина нихромовой проволоки, в среднее положение.

2. В таблицу измерений и вычислений занести длину и диаметр проволоки, параметры измерительных приборов, сопротивление амперметра и вольтметра.

3. Включить кнопку “сеть” на лицевой панели прибора. При этом должна загореться индикаторная лампочка.

4. Кнопки на передней панели прибора поставить в положение В-А и схема.1.

5. Ручкой “регулировка тока” установить значение 50 мА.

6. Измерить напряжение, занести показания амперметра и вольтметра в таблицу.

7. Ручкой “регулировка тока” установить значение сначала 100 мА, затем 150 мА.

8. Для каждого случая измерить напряжение, занести показания миллиамперметра и вольтметра в таблицу 2.7.

9. Кнопку на передней панели прибора поставить в положение схема 2.

10. Выполнить пункты 5-8 для схемы 2. Записать в таблицу 2.8.

11. Используя формулы (2.28) – (2.31) вычислить значения удельного сопротивления.

12. Рассчитать среднее значение удельного сопротивления.

13. Рассчитать абсолютную и относительную погрешность измерений.

14. Сравнить полученный результат с табличным, сделать вывод по результатам исследования.

Т а б л и ц а 2.7

Измерения и вычисления для схемы 1

№ пп	IА, А	Uv. В	RА, Ом	Rv, Ом	d, м	l, м	Rx, Ом	r, мкОм м

 

Т а б л и ц а 2.8

Измерения и вычисления для схемы 2

№ пп	IА, А	Uv. В	RА, Ом	Rv, Ом	d, м	l, м	Rx, Ом	r, мкОм м

 

Справочные данные и параметры установки

Истинное (табличное) значение удельного сопротивления нихрома равно r=1,05 мкОм×м.

Диаметр нихромовой проволоки d = 0,39 мм, сопротивление миллиамперметра R_А = 0,29 Ом, сопротивление вольтметра R_v = 1975 Ом.

 

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи, для неоднородного участка цепи, для полной цепи.

2. Как рассчитать эквивалентное сопротивление при последовательном и параллельном соединении проводников?

3. Что называется сопротивлением проводника? От чего оно зависит?

4. Объясните механизм проводимости в металлических проводниках.

5. Дайте определение удельного сопротивления. От чего оно зависит?

Лабораторная работа №8

ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ

Цель работы: изучение температурной зависимости сопротивления проводников и определение термического коэффициента сопротивления.

Приборы и принадлежности: универсальный переносной измерительный прибор типа УПИП-60, термометр, термостат, исследуемое сопротивление (спираль лампы накаливания).

Методика эксперимента

Характер зависимости сопротивления проводников от температуры определяется физической природой проводника. Проводники по проводимости делятся на две группы – первого и второго рода. В проводниках первого рода – металлах, прохождение электрического тока не связанно с переносом вещества. В проводниках второго рода – электролитах, электрический ток вызывает протекание химических реакций и перенос вещества.

Сопротивление металлов не полностью объясняется в рамках классической теории электропроводимости, базирующейся на понятии электронного газа. Зависимость сопротивления металлов от температуры может быть объяснена лишь в рамках квантовой теории электропроводимости, с учетом волновых свойств электронов.

Поскольку рассеяние электронов в кристаллической решётке металлов пропорционально температуре, следовательно сопротивление проводников также изменяется с изменением температуры. Характер этой зависимости описывается соотношением

, (2.33)

где – сопротивление при С; t – температура проводника; a – температурный коэффициент сопротивления.

Для температур, много меньших температуры плавления металлов, соотношение (2.33) принимает вид , отсюда .

Наиболее простым методом измерения электрического сопротивления является метод моста Уитстона, принцип работы которого был описан в лабораторной работе №6.

Рассчитаем термический коэффициент сопротивления для любых значений температур. Для этого, используя соотношения

и ,

получим выражение:

. (2.34)

Порядок выполнения работы

1. Составить характеристику электроизмерительного прибора.

2. Установить термометр в термостат и измерить начальную температуру .

3. Нажимая кнопку, «грубо» изменяем значение сопротивление магазина сопротивлений и включенного в плечо моста Уитстона, устанавливаем стрелку нуль-гальванометра в нулевое положение. Затем нажимаем кнопку «точно», корректируя нулевое положение стрелки, определяем значение неизвестного сопротивления .

4. Подключить термостат к сети переменного тока 220 В и произвести замеры сопротивления через каждые 10°С до температуры 90°С. Результаты измерений занести в таблицу 2.9.

Т а б л и ц а 2.9

to, C
R, Ом

5. Рассчитать термический коэффициент α для всех значений температур по формуле (2.34).

6. По полученным данным построить на миллиметровке график зависимости сопротивления проводника R от температуры t.

7. Полученную кривую экстраполировать до пересечения с осью R и определить сопротивление металла при , ( ). Провести анализ полученных результатов.

Контрольные вопросы

 

1. Классическая теория электропроводимости металлов.

2. Зависимость сопротивления металлов от температуры.

3. В чем заключается принцип работы моста постоянного тока.

4. Вывести условие баланса моста Уитстона.