 |
Измерения и обработка результатов измерений
|
|
|
|
1. Собирают электрическую цепь, как показано на рис. 2. Вместо сопротивления 
в цепь включают одну из неизвестных катушек 
.
2. Помещают подвижной контакт D посредине проволоки реохорда и подбирают сопротивление 
в магазине так, чтобы ток в гальванометре почти исчез. Это необходимо делать потому, что точность измерения на мостике зависит от положения контакта D; наибольшая точность получается при 
.
3. Окончательно устанавливают гальванометр на нулевое деление путем небольших передвижений контакта D и производят измерения длин плеч реохорда 
и 
.
4. Опыт повторяют, меняя сопротивление магазина .
5. Подставляя в формулу (6) значения , и , взятые из каждого отдельного опыта, вычисляют 
и 
.
6. На место первой катушки в цепь включают вторую катушку 
. Произведя с этой катушкой такие же измерения, как и с катушкой , получают значения 
и 
для второй катушки.
7. Измеренные вышеуказанным способом две катушки и включают в цепь вместе – сначала последовательно, а затем параллельно. Измеряют сопротивления этих катушек 
и 
по одному разу при последовательном, а потом параллельном соединении так же, как это делали для этих же катушек, включенных отдельно.
8. Полученные опытным путем результаты последовательного и параллельного соединений сопротивлений необходимо сопоставить с величинами сопротивлений, рассчитанными по формулам последовательного и параллельного соединения сопротивлений, пользуясь значениями сопротивлений катушки и , найденными ранее.
Все полученные опытом и вычислением результаты сводятся в таблицу отчета.
Таблица
| Измеряемое сопротивление | 
| 
| 
|
| 
| 
| 
|
    
Катушка №1
| |||||||
| Среднее значение | 
| ||||||
    
Катушка №2
| |||||||
| Среднее значение | 
| ||||||
| Катушки №1 и №2 включены последовательно |
 
| ||||||
| Катушки №1 и №2 включены параллельно | 
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Начертите схему моста постоянного тока и объясните, как ею пользоваться при измерении сопротивлений.
2. Укажите, каково условие отсутствия тока в гальванометре?
3. Запишите закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной формах.
4. Запишите математическое выражение I и II законов Кирхгофа и сформулируйте их.
5. Каковы преимущества мостовых измерений электрических сопротивлений перед другими методами?
Литература
1. Курс общей физики А.С. Шубин
2. Курс физики Р.И. Грабовский
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НИТИ
ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ
Приборы и принадлежности: лампа накаливания, реостат, амперметр, вольтметр, ключ.
Цель работы: исследовать зависимость сопротивления металла от температуры и найти рабочую температуру нити лампы накаливания.
Краткая теория
Ток в металлах – это упорядоченное движение электронов. Сопротивление, оказываемое току металлическим проводником, связанно с рассеянием электронов проводимости на тепловых колебаниях кристаллической решетки и структурных неоднородностях (примесных атомах, дефектах решетки). Сопротивление зависит от формы, размеров и свойств материала, из которого он сделан. Согласно экспериментальным исследованиям Ома, сопротивление проводника прямо пропорционально его длине 
и обратно пропорционально площади поперечного сечения S.
, где 
- удельное сопротивление материала проводника.
Сопротивление металлических проводников зависит от температуры. С повышением температуры усиливается движение ионов в узлах кристаллической решетки, затрудняя тем самым упорядоченное движение электронов проводимости. Поэтому сопротивление металлов увеличивается с повышением температуры по закону:
|
|
|
, (1)
где R – сопротивление при температуре t; 
–сопротивление проводника при 
С; t – температура; 
- температурный коэффициент сопротивления;
=0,0045 
Физический смысл температурного коэффициента сопротивления состоит в том, что он численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании его на 
.
У большой группы металлов и сплавов при температуре порядка нескольких градусов Кельвина сопротивление скачком обращается в нуль. Впервые это явление, названное сверхпроводимостью, было обнаружено в 1911 году Камерлинг-Оннесом для ртути. В дальнейшем сверхпроводимость была обнаружена и у других металлов и сплавов.
Из формулы (1) найдем температуру t нити лампы: 
(2)
Из формулы (2) видно, рабочую температуру t нити можно определить, если известно сопротивление 
при этой температуре и сопротивление . Если пренебречь разницей между сопротивлением при 
и при комнатной температуре, то можно найти, построив график зависимости сопротивления от напряжения.
Порядок выполнения работы
1. Собрать цепь по схеме
 |
R
 |
~ K
2. Замкнуть ключ и реостатом R установить на лампе максимальное напряжение (220 В).
3. Записать в таблицу показания амперметра и вольтметра.
4. Далее при помощи реостата уменьшают напряжение на 20 В и записывают значения силы тока и напряжения.
5. Повторяют такие измерения до минимального возможного значения напряжения (20 В)
6. Находят для каждого измерения сопротивления лампы по формуле 
и вносят эти значения в таблицу.
7. По полученным результатам измерений и вычислений построить график зависимости сопротивления от напряжения.
8. Экстраполируя график до пересечения с осью сопротивления, находят значение сопротивления 
при 
.
R
U
9. Подставив значения (при наивысшем напряжении) и 
в формулу (2), можно приближенно найти рабочую температуру нити лампы накаливания.
|
|
|
Таблица
| № | U, В | I, A | R, Ом |
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой ток в металлах?
2. Запишите и поясните формулу, выражающую зависимость сопротивления от температуры.
3. Объясните на основании классической теории электропроводности, почему сопротивление металлов растет с увеличением температуры.
4. Дайте определение термического коэффициента сопротивления.
5. Запишите и сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи, для замкнутой цепи, для неоднородного участка цепи.
6. Запишите формулу, выражающую зависимость сопротивления проводника от его длины, площади сечения, материала.
Литература
1. Курс общей физики А.С. Шубин
2. Курс общей физики ч.2 И.В. Савельев
3. Курс физики Р.И. Грабовский
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.5
|
|
|
