Порядок виконання роботи та порядок розрахунків.

 Порядок виконання роботи та порядок розрахунків.

1. Зібрати електричне коло за схемою Рис. 3. 9. Регулюючи автотрансформатором, подавати на лампу напруги від 100 В до 220 В (всього повинно бути 7 – 8 точок).

2. Вимірювати силу струму через лампу для кожної напруги.

3. Розрахувати для кожної напруги опір нитки за законом Ома та дійсне значення потужності за формулою (3. 89).

4. Виміряти кімнатну температуру t_к.

5. Побудувати графік вольт – амперної залежності I ( U ). Зробити висновок.

6. За розрахованими раніше значеннями опору побудувати графік залежності опору нитки від напруги.

7. Побудувати графічну залежність потужності від квадрату напруги. Зробити висновок.

8. Розрахувати для кожної напруги температуру нитки за формулою

                                                    (3. 91)

де a - температурний коефіцієнт опору (для вольфраму a = 4. 5× 10^-3 1/К), R_к – опір нитки при кімнатній температурі.

Контрольні запитання.

1. Що називають електричним струмом та які умови його існування?

2. Визначте силу струму та густину струму. Як зв’язана густина струму зі швидкістю упорядкованого руху носіїв в провіднику?

3. Як визначається електрорушійна сила та напруга?

4. Сформулюйте закони постійного струму (закони Ома для однорідної та неоднорідної ділянок кола, закон Джоуля – Ленца).

5. Як визначається опір провідника (ділянки кола)? Що таке питомий опір, питома електропровідність? Як залежить питомий опір від температури провідника?

6. Сформулюйте закони Ома та Джоуля – Ленца у диференціальній формі.

7. Дайте формулювання правил Кірхгофа. Які існують правила знаків для застосування цих правил?

8. Сформулюйте закон Ома для ділянки кола. Охарактеризуйте кожну величину, що входить до цього закону.

9. Як залежить від розмірів провідника його опір?

10. Як залежить питомий опір провідника від температури?

11. Які вимірювання проводять в даній роботі? Чи є вольт – амперна залежність для нитки лампи розжарювання лінійною? Чому? Як визначити потужність електричного струму? Як знаходять температуру нитки розжарювання?

 

Лабораторна робота № 3. 5 „Вивчення температурної залежності питомого опору металу електричному струму”.

Мета роботи: Експериментально вивчити температурну залежність питомого опору металевого проводу, визначення температурних коефіцієнтів b і a, а також питомого опору при 0 К.

В металах, які є добрими провідниками, є велика концентрація вільних електронів порядку 10²⁸ м^-3, причому ця концентрація майже не залежить від температури. Ці електрони є валентними, вони відокремлюються від кожного атома та узагальнюючись для всього металу, утворюють електронний газ. При русі в електричному полі електрони огинають іони металу без зіткнень (розсіювання), якщо іони розташовані упорядковано, суворо періодично у вузлах кристалічної решітки. При наявності дефектів кристалічної решітки, які спотворюють сувору періодичність електричного потенціалу іонів, відбувається розсіювання електронів. Це зумовлює наявність опору металевого провідника. До цих дефектів належать межі розділу між кристалітами, дислокації, домішкові атоми або іони (структурні дефекти). Крім того, періодичність порушують теплові коливання іонів відносно положень рівноваги. На цих коливаннях також відбувається розсіювання електронів. Інтенсивність цих коливань (амплітуда) залежить від температури, тому число зіткнень електронів з іонами, зумовлене коливаннями останніх, прямо пропорційне абсолютній температурі. Навпаки, число зіткнень електронів зі структурними дефектами залежить тільки від ступені упорядкованості структури металу і не залежить від температури. Зрозуміло, що питомий опір провідника буде пропорційний цьому числу зіткнень, і тому можна записати:

             ,                                                          (3. 92)

де r_ост – питомий опір металу, пов’язаний зі структурними дефектами, який би він мав при температурі 0 К, коефіцієнт b залежить від кристалічної будови металу. Аналіз показує, що для чистих металів основний внесок в питомий опір дає температурний член в останньому рівнянні, а ось для сплавів з неупорядкованою структурою – перший член. Однак в обох випадках температурна залежність питомого опору лінійна, що й треба буде перевірити експериментально. В техніці використовують трохи інший за формою запис температурної залежності питомого опору від температури t, яка вимірюється за шкалою Цельсія:

             .                                                          (3. 93)

де r₀ – питомий опір металу при 0 ^оС, a - температурний коефіцієнт опору. Ця формула одержується з попередньої після підстановки T = t + 273:

,

де                                                           ,                                                           (3. 94)

         .                                                       (3. 95)

Вимірювальний пристрій складається з моста постійного струму (рис. 3. 10), водяного нагрівача, термометра, металевого провідника у вигляді котушки, намотаної досліджуваним провідником. Методика вимірювання опору за допомогою моста викладена в роботі 3. 2. В роботі вимірюється опір провідника при різних температурах у діапазоні від кімнатної до приблизно 50 ^оС. За опором та паспортними даними провідника (довжина, діаметр) розраховуються значення питомого опору та будується графік його залежності від температури Т. Остання залежність повинна бути лінійною, якщо рівняння (3. 92) є справедливим. За графіком визначаються параметри r_ост і b. Далі розраховуються за формулами (3. 94) та (3. 95) параметри r₀ і a, які для контролю порівнюються з табличними для даного металу за формулами:

,                       (3. 96)

                      (3. 97)

Нагрівання провідника здійснюється в посудині з водою, яка нагрівається за допомогою електричного струму від мережі 220 В. Температура води та провідника вимірюється термометром з точністю 0. 1 ⁰С.

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: