Практикум по электричеству и магнетизму - 28 стр.

UptoLike

28
.
1
...
111
2
1
n
x
RRRR
+++=
Измерения проделывают не менее трех раз,
результаты заносят в таблицу и вычисляют
погрешности измерений для обеих частей
упражнения.
3. В пунктах 1 и 2 делают выводы, сравнивая
экспериментальные результаты с
рассчитанными по приведенным формулами.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА
СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА
Температурный коэффициент сопротивления определяется как
относительное изменение сопротивления проводника при изменении его
температуры на 1 К .
Металлы, как известно, обладают электронной проводимостью , т.е.
носителями электричества в них являются свободные электроны. Свободные
электроны участвуют в тепловом хаотическом движении. Если к участку
металлического проводника приложена разность потенциалов, то на
хаотическое движение электронов накладывается их упорядоченное
движение. Положительные ионы металла препятствуют движению
электронов. С увеличением температуры проводника тепловое движение
ионов становится более интенсивным, поэтому сопротивление возрастает .
В первом приближении зависимость сопротивления от температуры
можно считать линейной: R
t
=R
o
(1+αt), (14)
где R
t
сопротивление проводника при данной температуре t , R
o
сопротивление проводника 0
о
С, α температурный коэффициент
сопротивления, зависящий от материала проводника .
Строго говоря , величина α зависит от температуры . Поэтому из
уравнения (14) можно определить лишь среднее значение α в температурном
интервале от 0 до t
о
С . Для чистых металлов α изменяется настолько
незначительно, что в интервале температур порядка 100
о
С α можно считать
постоянным.
В данном упражнении предлагается определить температурный
коэффициент сопротивления проводника из медной проволоки.
Исследуемый проводник помещается в термостат, заполненный
непроводящей жидкостью . Температура жидкости, а значит и
металлического проводника измеряется термометром. Для равномерного
нагрева жидкость перемешивается мешалкой. Исследуемый проводник
подключается к клеммам мостика Уитстона, и сопротивление его
определяется по методике, описанной выше. Сначала измеряют
сопротивление при комнатной температуре , а затем при нагревании через
каждые 5
о
. Измерения проводятся до температуры 80-90
о
С. Затем строят
график зависимости сопротивления от температуры . Из графика определяют
R
o
значения R
o
и α следующим образом . Продолжают полученную прямую
B
A
R
m
R
x
D
ε
Г
С
Рис.4
R
x
K
                                              28
               1   1   1         1
                 =   +   + ... +    .
               Rx R1 R2          Rn                                         С
Изм ерен ия п род елыва ю т н е м ен ее т рех ра з,
резу ль т а т ы за н ося т в т а блицу и вычисля ю т            Rx                      Rm
п огрешн ост и изм ерен ий д ля обеих ча ст ей
у п ра ж н ен ия .                                                      Rx Г              B
                                                              A
3. В п у н кт а х 1 и 2 д ела ю т вывод ы, сра вн ива я                     D
эксп ерим ен т а ль н ые          резу ль т а т ы       с              ε            K

ра ссчит а н н ым и п о п ривед ен н ым ф орм у ла м и.
                                                                            Рис.4

          2. О П Р Е ДЕ Л Е Н И Е Т Е М П Е Р А Т У Р Н О ГО К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т А
                             С О П Р О Т И ВЛ Е Н И Я М Е Т А Л Л А
                Тем п ера т у рн ый коэф ф ициен т соп рот ивлен ия оп ред еля ет ся ка к
от н осит ель н ое изм ен ен ие соп рот ивлен ия п ровод н ика п ри изм ен ен ии его
т ем п ера т у ры н а 1 К .
        М ет а ллы, ка к извест н о, обла д а ю т электрон н ой п ровод им ост ь ю , т.е.
н осит еля м и элект ричест ва в н их я вля ю т ся свобод н ые элект рон ы. С вобод н ые
электрон ы у ча ст ву ю т в т еп ловом х а от ическом д виж ен ии. Е сли к у ча ст ку
м ет а ллического п ровод н ика п рилож ен а ра зн ост ь п от ен циа лов, то н а
х а от ическое д виж ен ие элект рон ов н а кла д ыва ет ся их у п оря д очен н ое
д виж ен ие. П олож ит ель н ые ион ы м ет а лла п реп я т ст ву ю т д виж ен ию
электрон ов. С у величен ием т ем п ера т у ры п ровод н ика т еп ловое д виж ен ие
ион ов ст а н овит ся более ин т ен сивн ым , п оэтом у соп рот ивлен ие возра ст а ет .
        В п ервом п риближ ен ии за висим ост ь соп рот ивлен ия от т ем п ера т у ры
м ож н о счит а т ь лин ейн ой:                      Rt=Ro(1+αt),                       (14)
гд е Rt – соп рот ивлен ие п ровод н ика п ри д а н н ой т ем п ера т у ре t, Ro –
соп рот ивлен ие п ровод н ика 0оС, α – т ем п ера т у рн ый коэф ф ициен т
соп рот ивлен ия , за вися щ ий от м а т ериа ла п ровод н ика .
        С т рого говоря , величин а α за висит от т ем п ера т у ры. П оэтом у из
у ра вн ен ия (14) м ож н о оп ред елит ь лишь сред н ее зн а чен ие α в т ем п ера т у рн ом
ин т ерва ле от 0 д о t оС . Д ля чист ых м ет а ллов α изм ен я ет ся н а столь ко
н езн а чит ель н о, чт о в ин т ерва ле т ем п ера т у рп оря д ка 100оС α м ож н о счит а т ь
п остоя н н ым .
        В д а н н ом у п ра ж н ен ии п ред ла га ет ся оп ред елит ь т ем п ера т у рн ый
коэф ф ициен т соп рот ивлен ия п ровод н ика из м ед н ой п роволоки.
Исслед у ем ый п ровод н ик п ом ещ а ется                 в т ерм ост а т , за п олн ен н ый
н еп ровод я щ ей ж ид кост ь ю . Т ем п ера т у ра          ж ид кост и, а      зн а чит    и
м ет а ллического п ровод н ика изм еря ет ся т ерм ом ет ром . Д ля ра вн ом ерн ого
н а грева ж ид кост ь п ерем ешива ет ся м еша лкой. Исслед у ем ый п ровод н ик
п од клю ча ет ся к клем м а м м ост ика У ит стон а , и соп рот ивлен ие его
оп ред еля ет ся п о м ет од ике, оп иса н н ой выше. С н а ча ла изм еря ю т
соп рот ивлен ие п ри ком н а т н ой т ем п ера т у ре, а за т ем п ри н а грева н ии через
ка ж д ые 5о. Изм ерен ия п ровод я т ся д о т ем п ера т у ры 80-90оС . За т ем ст роя т
гра ф ик за висим ост и соп рот ивлен ия от т ем п ера т у ры. Из гра ф ика оп ред еля ю т
Ro зн а чен ия Ro и α след у ю щ им обра зом . П род олж а ю т п олу чен н у ю п ря м у ю