Порядок выполнения работы.

 

1) Включить приборы. Выключатели источника питания и измерительного усилителя расположены на задних панелях. Мультиметры включаются нажатием кнопки “Power”.

2) Установить регуляторы “V” и “A” источника в выключенное положение – повернуть их в против часовой стрелки до упора.

3) Установить следующие параметры настройки усилителя: R = 10⁴ Ом, усиление (Amplification) 10³, константа таймера (Time Constant) 0 секунд.

4) Собрать схему, как указано на рис. 1, а, соединив амперметр с алюминиевым стержнем последовательно и подключив их к выходу источника питания. При этом подсоединить контактные клеммы к торцам стержня. Вход усилителя (In) соединить проводами с контактными гнездами на стержне (2 отверстия, просверленных перпендикулярно оси стержня). Выход усилителя (Out) соединить с вольтметром.

5) С помощью регулятора нулевого положения на усилителе добиться наименьших показаний U ₀ вольтметра. Предел измерений на мультиметре в режим вольтметра выбрать так, чтобы он не показывал переполнение. Записать полученное значение U _0.

6) Мультиметр, используемый в качестве амперметра, установить в положение 20 А.

7) На источнике поставить регулятор напряжения “V” в среднее положение. Снять вольт-амперную характеристику алюминиевого стержня в соответствии с Таблицей 1. Для этого регулятором “А” на источнике увеличивать ток и фиксировать показание вольтметра.

 

Таблица 1 Вольт-амперная характеристика алюминиевого стержня *

U ₀ = … K = 10³ d = 2,5 см l = 31,5 см **

I	A		0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	…	2,00
U	B
R Al	Ом

* Здесь приведены рекомендованные значения тока. Не обязательно выставлять точно указанные значения тока. Однако, измеряемое значение тока должно быть зафиксировано точно!

** d – диаметр исследуемого стержня, l – расстояние между контактными гнёздами.

 

8) Переключить провода, идущие на вход усилителя с контактных гнёзд на стержне на контактные гнезда разъемов, подключенных к торцам стержня (рис. 1, б).

9) Определить контактное сопротивление, проведя измерения, аналогичные пункту 7. Данные занести в Таблицу 2.

 

Таблица 2 Измерение полного сопротивления R _п (с учётом контактного сопротивления R _{к Al})*

U ₀ = … K = 10³

I	A		0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	…	2,00
U	B
R п	Ом
R к	Ом

* Поскольку контактное сопротивление значительно больше сопротивления стержня, следует изменить предел измерения на вольтметре.

** По указанию преподавателя могут быть измерены по отдельности контактное сопротивление левого и правого концов стержня.

 

10) Повторить пункты 4) – 9) для медного стержня, заполнив таблицы 3 и 4 по аналогии соответственно с таблицами 1 и 2.

Обработка результатов.

 

1. Построить вольт-амперные характеристики исследованных проводников.

2. По данным таблиц 1 и 3 рассчитать сопротивления проводников с использованием закона Ома для участка цепи и формулы (7) для U_обр. Вычислить среднее значение сопротивления каждого образца и рассчитать погрешность измерений. На основании формулы , где S = pd ²/4, рассчитать удельное сопротивление алюминия и меди. Сравнить полученные значения со справочными данными.

3. По данным таблиц 2 и 4 рассчитать контактное сопротивление R _к: для этого необходимо учесть, что измеренное в таблице 1 сопротивление включено последовательно с контактным сопротивлением.

Поэтому R _{к Al} = R _{п Al} – R _Al и R _{к Cu} = R _{п Cu} – R _Cu, где R _Al – среднее значение сопротивления алюминиевого образца, полученное в пункте 2, а R _Cu – среднее значение сопротивления медного образца, полученное в пункте 2.

4. Рассчитать среднюю длину свободного пробега электронов в алюминии и меди с использованием формул (5) и (1). При этом среднюю скорость теплового движения электронов рассчитать на основе формулы (2) для температуры 300 К. Результаты сравнить со справочными значениями.

5. На основе формулы (6) рассчитать удельную теплопроводность алюминия и меди. Полученные результаты сравнить со справочными значениями.

Контрольные вопросы

 

1. Что называется электрическим сопротивлением и удельным сопротивлением? Назовите единицы этих величин.

2. Основные положения классической электронной теории проводимости металлов.

3. Что такое длина свободного пробега электронов в проводниках? Почему она может существенно превышать межатомное расстояние?

4. Чем отличаются понятия “свободные электроны” и “электроны проводимости”?

5. Что такое контактное сопротивление и чем оно обусловлено?

6. Почему при расчете сопротивления соединительного проводника относительно малого диаметра можно не учитывать контактное сопротивление?

7. Почему при измерении низких сопротивлений необходимо использовать измерительный усилитель?

8. Чем могут быть обусловлены различия измеренного и справочного значений удельных сопротивлений?

9. Чем объясняется большое значение длины свободного пробега электронов в металле по сравнению с межатомным расстоянием?

библиографический список

учебной литературы

 

1. Калашников Н.П. Основы физики. М.: Дрофа, 2004. Т. 1

2. Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1998. Т. 2.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000.

4. Иродов И.Е Электромагнетизм. М.: Бином, 2006.

5. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1998.

Приложение

Основные физические свойства чистых металлов при 20°С

Металл	Магнитные свойства *	Атомная масса	Плотность	Температура плавления	Удельная теплопроводность	Удельное сопротивление	Длина свободного пробега	Работа выхода	Температура перехода в сверхпроводящее состояние
		г/моль	кг/м3	°С	Вт/(м×К)	мкОм×м	Å	эВ	К
Al	П	27,0				0,0265		4,25	1,196
Cu	Д	63,5				0,0168		4,4	–
Fe	Ф769	55,8			73,3	0,097		4,31	–

* П – парамагнетик, Д – диамагнетик, Ф – ферромагнетик. Число после буквы Ф означает температуру магнитного разупорядочения в °С.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: