Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления некоторых проводящих материалов
Лабораторная работа № 6
Наименование работы : Измерение сопротивлений участков цепи постоянного тока методом амперметра и вольтметра
Цель работы: 1) Освоить метод измерения сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра; 2) убедиться в том, что сопротивление проводника не зависит от силы тока в нем и напряжения на его концах.
Норма времени : 2 часа.
Оборудование: источник постоянного напряжения на 4,5В, амперметр, вольтметр, резистор, ключ, переменный резистор (реостат), соединительные провода, рабочая тетрадь (конспект), ручка, калькулятор, карандаш, линейка, методичка.
Правило техники безопасности : правила техники безопасности при работе с электричеством,соблюдать дисциплину.
Информационное обеспечение : 1. Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники. Учебное пособие для профессиональных училищ и колледжей. Ростов – на – Дону, «Феникс», 2004.
2. Касаткин А.С. Основы электротехники. Учебное пособие для средних профессиональных училищ. – М., Высш. шк., 2006.
Теоретические сведения
При наличии электрического тока в проводниках движущиеся свободные электроны испытывают соударения с ионами кристаллической решетки, что тормозит их поступательное движение. Это противодействие проводника направленному движению зарядов, т. е. электрическому току, называется сопротивлением проводника. Оно обозначается буквой R или r («эр»). Взаимодействуя с ионами, электроны передают решетке избыточную кинетическую энергию, которую они приобретают вовремя свободного пробега. За счет этого амплитуда колебаний ионов решетки увеличивается, и температура металла возростает.
|
|
|
Движение электронов происходит до тех пор, пока они не столкнутся с ионами кристаллической решетки проводника. При этом скорость электронов падает до нуля, после чего процесс ускорения электронов повторяется снова. Так как движение электронов равноускоренное, то их средняя скорость v = vmax/2.
vmax – скорость электронов перед столкновением с ионами. vmax = 
.
С помощью закона Ома для участка цепи I= 
можно определить сопротивление проводника R = 
. Для того, чтобы узнать сопротивление проводника нужно измерить силу тока, проходящего через него, напряжение на его концах и подставить полученные значения в формулу.
За единицу сопротивления принято сопротивление такого участка цепи, в котором устанавливается ток в 1А при напряжении в 1В:
(R) = 1 
= 1Ом. В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом]. Более крупными единицами сопротивления являются
килоом (кОм), 1 кОм = 1* 103 Ом; мегаом (Мом), 1Мом = 1* 106 Ом.
|
|
|
Сопротивление проводника не зависит от силы тока в проводнике и от приложенного напряжения на его концы. Оно зависит от материала, из которого изготовлен проводник, его размеров и геометрической формы, а так же от температуры. Для однородного проводника постоянного сечения
S – площадь поперечного сечения проводника (м2)
l – длина проводника (м)
ρ – удельное сопротивление проводника (Ом*м или Ом*мм2/м).
Для того чтобы убедиться в том, что сопротивление проводника не зависит от напряжения на его концах и силы тока в нем нужно несколько раз вычислить сопротивление, изменяя силу тока в цепи с помощью реостата.
Удельное сопротивление характеризует материал, из которого изготовлен проводник. Это сопротивление между гранями куба с ребром в 1м, изготовленного из данного материала.
Значение удельного сопротивления для некоторых проводящих материалов приведены в таблице.
Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления некоторых проводящих материалов
| Материал | Удельное сопротивление 10-8 Ом*м | Температурный коэффициент сопротивления,α (1/град) |
| Серебро | 1,6 | 0,0035 |
| Медь | 1,6 – 1,7 | 0.0041 |
| Сталь | 12,5 – 14,6 | 0,0057 |
| Железо | 9 – 11 | 0,0060 |
| Свинец | 22,1 | 0,0039 |
| Вольфрам | 5,3 | 0,0048 |
| Уголь | 400 – 600 | - 0,005 |
| Константан | 44 – 50 | 0,00005 |
| Нихром | 100 – 110 | 0,0001 |
| Алюминий | 2,95 | 0,0040 |
| Никелин | 42 | 0,0001 |
| Латунь | 7,1 | 0,001 |
| 10٪ - ный раствор NaCl | 8000 000 | - 0,02 |
|
|
|
Видно, что наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро, медь и алюминий. Поэтому для изготовления электрических проводов используют медь и алюминий (серебро из – за высокой стоимости используют только для тонкослойного покрытия в электронике). Для изготовления нагревательных приборов используют сплавы с высоким удельным сопротивлением, например нихром. Устройство, обладающее сопротивлением и используемое для ограничения тока в электрической цепи или в приемнике электроэнергии, называется резистором. Резисторы бывают с постоянным и с переменным (регулируемым ) сопротивлением (реостат). Реостат обеспечивает получение переменного сопротивления, значение которого регулируется изменением положения подвижного контакта (ползунка) реостата.
 | |||
 |
Схема переменного сопротивления Схема сопротивления
Величина g (ге) , обратная сопротивлению, называется проводимостью:
g = 
.
|
|
|
Единицей проводимости в системе СИ является сименс (1См = 
= 1 Ом-1).
Величина λ (лямбда), обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью: λ = 
.
Основным препятствием дрейфу (движению) электронов в проводнике является колеблющиеся ионы. Поскольку амплитуда колебаний ионов зависит от температуры, то и сопротивление проводника также должно зависеть от температуры. Эта зависимость описывается формулой
R = R0*(1+α*t) или для удельное сопротивления: ρ = ρ0*(1+ α*t), где R0 и ρ0 – сопротивление и удельное сопротивление при 00С, α – температурный коэффициент сопротивления.
У металлов температурный коэффициент сопротивления положительный, а у электролитов и графита отрицательный. Для изготовления точных резисторов разработаны сплавы с очень низким температурным коэффициентом сопротивления. Таким сплавом является, например, константан. Его сопротивление практически не меняется при изменении температуры.
Порядок выполнения работы
1. Изучить теоретические сведения.
2. Выполнить задания.
3. Оформить лабораторную работу.
4. Ответить на контрольные вопросы.
Ход работы
Задание 1 . Измерьте сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра .
1.Зарисуйте в тетрадь схему электрической цепи, изображенной на рисунке 1.
Рис. 1.
2.Заполните таб.1
| Наименование прибора | Предел измерения | Цена деления |
3.Подготовьте таблицу 2 для записи результатов измерений и вычислений:
Таблица 2.
| № опыта | Сила тока, А | Напряжение, В | Сопротивление, Ом |
| 1. | |||
| 2. | |||
| 3. |
4.Соберите электрическую цепь по схеме, как показано на рисунке 1. Для того, чтобы узнать сопротивление проводника нужно измерить силу тока, проходящего через него, напряжение на его концах и подставить полученные значения в формулу R = . Для того чтобы убедиться в том, что сопротивление проводника не зависит от напряжения на его концах и силы тока в нем нужно несколько раз вычислить сопротивление, изменяя силу тока в цепи с помощью реостата.
5. Установите ползунок переменного сопротивления в одно из крайних положений. Реостат на схеме позволяет изменять силу тока в цепи.
6. Измерьте силу тока и напряжение на сопротивлении R. Данные занесите в таблицу.
7. Повторите опыт, установив ползунок переменного сопротивления в среднее положение. Измерьте силу тока и напряжение на сопротивлении R. Данные занесите в таблицу.
8. Повторите опыт, установив ползунок переменного сопротивления в другое крайнее положение. Измерьте силу тока и напряжение на сопротивлении R. Данные занесите в таблицу.
9. Отключите источник питания от цепи.
10. Вычислите, применяя закон Ома для участка цепи, величину сопротивления R. Используйте результаты измерений, полученные в каждом из трех опытов.
11. Сопоставив величины сопротивлений, измеренные при разных режимах работы электрической цепи, сделайте вывод о том, зависит ли сопротивление проводника от силы тока в нем и приложенного к нему напряжения.
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 57; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!