Лабораторна робота №15

Вивчення залежності опору металів від температури і визначення температурного коефіцієнта опору.

Прилади і матеріали:1) термостат; 2) цифровий вольтметр типу В7-20 (В7-27) або місток постійного струму для вимірювання опорів, наприклад, типу МВУ-49; 3) досліджуваний провідник.

Теоретичні відомості та опис приладів.

•Електричний опір ділянки кола — це величина, яка чисельно дорівнює відношенню напруги на кінцях цієї ділянки до сили струму в ній. Для постійного струму електричний опір називається активним. Він залежить від матеріалу провідника, його розмірів і форми. Для однорідного провідника із сталим поперечним перерізом довжиною:

,

де ρ — питомий опір провідника.

Для неоднорідного провідника опір можна обчислити за формулою:

.

Електричний опір металів істотно залежить від температури. Взагалі, ця залежність має складний характер, але якщо розгля­дати обмежені інтервали температур, то можна записати для опору і питомого опору залежності:

,

, (1)

де R₀,ρ₀ — значення опору і питомого опору при температурі 0°С, R і ρ — опір і питомий опір при температурі t; a — температурний коефіцієнт опору, який є сталим лише для невеликих температурних інтервалів. Для більш широких температурних інтервалів темпера­турний коефіцієнт a залежить від температури.

Середнє значення температурного коефіцієнта опору в невеликому інтервалі температур визначається як:

. (2)

Взявши безмежно малі інтервали температур, дістанемо точне значення

. (3)

На графіку залежності a від температури виражає значення кутового коефіцієнта дотичної, проведеної через дану точку кривої. Тому графічно, користуючись (2), можна досить легко визначити температурний коефіцієнт при даній температурі.

Для вимірювання електричного опору скористаємось містковою схемою. Місткові методи вимірювання параметрів електричних кіл широко застосовуються у вимірювальній техніці. Ці методи дають змогу вимірювати опори з високою точністю. Точність обумовлена застосуванням змінних зразкових мір опору, з якими порівнюються невідомі опори.

Вивчення температурної залежності опору металів має важливе значення в експериментальній фізиці і особливо в метрології. На властивості металів змінювати опір із зміною температури ґрунтується принцип роботи термометрів опору, призначених для вимірювання температури.

Термометри опору— це високочутливі прилади, здатні вимірювати різницю температур менш як 0,001 К. Вони позбавлені цілого ряду недоліків, властивих рідинним термометрам(залежності показів від температури середовища, депресії скла, похибок при градуюванні тощо), тому термометри опору застосовують при температурних вимірюваннях в досить широкому інтервалі — від температур поблизу абсолютного нуля до 100 К.

Найкращим матеріалом для термометрів опору є чиста платина, яка в широкому інтервалі температур стабільно зберігає свої властивості. Крім платини, для виготовлення термометрів опору широко застосовується мідь. Вимірявши електричний опір за допомогою містка, можна точно визначити температуру об'єкта.

На рис. 2 зображено схему установки для визначення температурної залежності опору металів.

Рис. 2

Порядок виконання роботи

1. Вивчити схему установки, підготувати до роботи омметр для вимірювання опору.

2. Виміряти опір при кімнатній температурі. Зняти покази термометра. Вимірювання провести кілька разів, взяти середнє значення опору R.

3. При збільшенні температури термостата на 15—20 К зафіксувати опір, протягом 1—2 хв. провести повторні вимірювання опору і взяти середнє значення.

4. Стрибкоподібно змінюючи щоразу температуру на 10—15 К через однакові інтервали, провести вимірювання опору, а також температури до максимально можливої, яку визначає викладач.

5. Результати експерименту подати графічно (залежність R=f(T)). Обчислити середнє значення температурного коефіцієнта опору за формулою (2) і його точне значення за формулою (3)

6. Обчислити похибки вимірювань.

? Контрольні запитання і завдання

1. У чому суть класичної електронної теорії провідності металів?

2. Назвіть способи вимірювання температури.

3. Дайте характеристику абсолютної шкали температур.

4. Які переваги і недоліки вимірювання температури за допомогою термометрів опору порівняно з вимірюванням її звичайними термометрами?

5. Дати означення температурного коефіцієнта опору.

Дата добавления: 2015-11-14