«Определение удельного сопротивления однородного проводника»

Методические указания

к лабораторной работе №3

«Определение удельного сопротивления однородного проводника»

2011 год

Оглавление

1.... Цель работы.. 3

2.... Теоретическая часть. 3

3.... Оборудование. 4

4.... Порядок выполнения работы.. 4

5.... Обработка результатов эксперимента. 6

6.... Контрольные вопросы.. 7

Лабораторная работа №3

Определение удельного сопротивления однородного проводника

1. Цель работы

Экспериментальное определение удельного сопротивления однородного проводника, проверка линейности зависимости сопротивления от длины однородного проводника, приобретение навыков работы с электроизмерительными приборами.

2. Теоретическая часть

Закон Ома для однородного участка цепи

(1)

Величина электрического сопротивления Rзависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан, и состояния проводника (например, температуры).

Для однородного проводника цилиндрической формы с постоянным поперечным сечением эта зависимость имеет вид

(2)

где l – длина проводника, S – его поперечное сечение, ρ – зависящий от свойств материала коэффициент, называемый удельным сопротивлением вещества. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электропроводностью вещества.

Единица удельного сопротивления есть Ом·м. Если в (2) положить l=1, S=1, то Rчисленно будет равно ρ. Удельное сопротивление вещества есть сопротивление куба с ребром 1м из данного вещества, выраженное в омах, при токе, параллельном одному из ребер куба. В таблице 1 приведены удельные сопротивления некоторых веществ.

Таблица 1 ­–Удельное сопротивлениеρ различных материалов

Вещество	Удельное сопротивление ρ (Ом·м) при комнатной температуре
Серебро	1,6·10^-8
Медь	1,8·10^-8
Вольфрам	5,5·10^-8
Стекло	~10^9
Янтарь	~10^18

3. Оборудование

Источник постоянного тока с постоянным внутренним сопротивлением, реостат, соединительные провода, компьютерная система измерений с датчиками тока и напряжения.

4. Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую схему, как показано на рисунке 1, соединив источник питания Ԑ, реостат R, датчики тока и напряжения вместо амперметра и вольтметра соответственно.

Рисунок1 –Электрическая схема.

Внимание! Включение лабораторной установки без проверки преподавателем собранной схемы запрещено.

2. Нанести на поверхности реостата разметку длины его рабочей части через каждые20 мм.

3. Подключить датчики к плате сбора данных: датчик тока подключить к разъему «вход 1», датчик напряжения – к разъему «вход 2».

4. Подключить плату сбора данных к USB разъему компьютера.

5. Включить компьютер и вызвать программу лабораторной работы «Закон Ома и определение удельного сопротивления проводника».Лицевая панель лабораторной работы изображена на рисунке2.

Внимание! Если при открытии программы появилось окно диалоговое «Load Warning Summary», то необходимо выбрать пункт «Ignore».

Рисунок2 – Лицевая панель компьютерной измерительной лаборатории

6. Установить движок реостата в начальное положение, соответствующее первой отметке 20 мм.

7. Включить источник питания и установить выходное напряжение на уровне 3 - 4 В.

8. Запустить программу измерений, для этого запустить лабораторную работу клавишей или CTRL+R.

9. Записать в таблицу 2 показания вольтметра и амперметра, соответствующие напряжению и силе тока в начальном положении реостата.

10. Перемещая движок реостата, поочередно вывести его в положение 40, 60, 80, 100 мм и т.д., всякий раз фиксируя соответствующие значения силы тока и напряжения в каждом положении и записывая их в таблицу.

11. Остановить измерения, нажав кнопку «Стоп».

12. Выключить источник питания.

13. Отключить источник питания от схемы.

14. Разобрать электрическую схему.

15. Закрыть окно лабораторной работы «Закон Ома определение удельного сопротивления проводника».

Внимание! При появлении информационного окна с запросом сохранения изменений в файле лабораторной работы следует отказаться от сохранения любых изменений.

Любые изменения кода программы могут нарушить ее штатную работу.

16. Выполнить необходимые расчеты, проанализировать полученные результаты, ответить на контрольные вопросы и сделать самостоятельные выводы по проведенной работе.

5. Обработка результатов эксперимента

1. Рассчитать количество витков провода n на реостате, приходящихся на ∆l его рабочей длины.

2. Рассчитать диаметр провода d по формуле (3)

(3)

3. По формуле (4) определить длину проводника l, приходящегося на ∆l длины рабочей части реостата

(4)

где D – диаметр рабочей части реостата, D =75мм.

4. Рассчитать длину проводника для каждого участка реостата l_уч

(5)

где L – длина рабочей части реостата.

5. Вычислить площадь поперченного сечения проводника

(6)

6. По формуле рассчитать сопротивление R для каждого измерения.

7. Рассчитать удельное сопротивление проводника ρ для различных положений ползунка реостата

(7)

8. Полученные результаты представить в таблице2.

Таблица 2­- Результаты измерений и вычислений

Положение ползунка	Количество витков, n	Длина провода lуч, м	U, В	I, А	R, Ом	, Ом*м
1. L=20 мм
2. L=40 мм
3. L=60 мм
4. L=80 мм
5. L=100 мм

9. Вычислить среднеарифметическое значение ρ по формуле

(8)

где n – число измерений.

10. Построить график зависимости ρ(L).

6. Контрольные вопросы

1. Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.

2. Как зависит сопротивление однородного цилиндрического проводника от его длины?

3. При каких значениях удельного сопротивления вещество можно считать проводником, полупроводником, диэлектриком?

4. Пользуясь справочными таблицами, определите материал проволоки реостата.

Дата добавления: 2015-09-29