double arrow

Порядок выполнения работы


 

1. В цепь мостика включите балластное сопротивление Rб, для этого ключ К2 поставьте в положение «ГРУБО».

2. В цепь мостика включите первый резистор с неизвестным сопротивлением Rx1. Порядок включения указан на панели лабораторной установки.

3. Подвижный контакт D установите на середину миллиметровой линейки, а на магазине установите сопротивление в несколько сотен Ом. Для этого рукоятку с надписью «´100» поверните, например, на отметку 5. Следовательно, магазин сопротивлений будет иметь сопротивление R4=500 Ом, если все остальные рукоятки установлены на отметку 0.

4. Включив на короткое время ключ К1, подберите при помощи магазина сопротивлений такую величину сопротивлений R4, чтобы стрелка гальванометра отклонилась от нуля не более чем на 2–5 делений. При отсутствии равновесия стрелка гальванометра отклонится влево или вправо в зависимости от величины сопротивления магазина.

П р и м е ч а н и е . Ключ К1 следует включать лишь на короткое время (1 – 2 секунды) во избежание нагревания проводника, а также порчи гальванометра.

5. Выключите балластное сопротивление R4 (ключ К2 поставьте в положение «ТОЧНО») и при помощи подвижного контакта D (включая на короткое время ключ К1) установите стрелку гальванометра на нуль (можно подвижный контакт установить в определенных положениях, указанных преподавателем, а стрелку гальванометра установить в нулевое положение с помощью магазина сопротивлений). В этом случае мост будет находиться в равновесии. Запишите в табл. 3 величину сопротивления R4 магазина сопротивлений и длины плеч l1 и l2.




6. Вычислите значение сопротивления Rx1 по формуле (1.10) и запишите в табл. 3.

7. Во втором опыте увеличьте сопротивление магазина на 10% от первоначального значения и перемещением контакта D добейтесь снова равновесия мостика. Запишите в табл. 3 величину сопротивления R4 магазина сопротивлений и длины плеч l1 и l2. Определите значение сопротивления Rx1 по формуле (1.10) и запишите в табл. 3.

8. В третьем опыте уменьшите сопротивление магазина на 10% от первоначального значения и перемещением контакта D добейтесь снова равновесия мостика. Запишите в табл. 3 величину сопротивления R4 магазина сопротивлений и длины плеч l1 и l2. Вычислите значение сопротивления Rx1 по формуле (1.10) и запишите в табл. 3.

9. Найдите среднее значение сопротивления Rx1 и запишите его в табл. 3.

 

Т а б л и ц а 3. Результаты измерений и вычислений

Номер опыта

Первый резистор

Второй резистор

R4, Ом l1, мм l2, мм Rx1, Ом R4, Ом l1, мм l2, мм Rx2, Ом
1                
2                
3                

Среднее значение



 

Среднее значение

 

 

10. Вместо первого резистора включите второй резистор Rx2. Порядок включения указан на панели лабораторной установки. Повторите указания п. 3 – 9.

11. Резисторы, с которыми производили опыты, соедините последовательно, а затем параллельно. Порядок таких соединений указан на панели лабораторной установки. Для каждого из соединений производите измерения по одному разу (п. 3–6). Результаты измерений и вычислений запишите в табл. 4. В эту же таблицу занесите значения сопротивлений, рассчитанные по формулам (1.3) и (1.4). Для этого используйте средние значения сопротивлений первого и второго резисторов.

 

Т а б л и ц а 4. Результаты измерений и вычислений

Вид соединения

R4,

Ом

l1,

мм

l2,

мм

Rx, Ом

Полученное опытным путем Вычисленное по формулам (1.3), (1.4)
Последовательное          
Параллельное          

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте первое правило Кирхгофа и запишите его для конкретного узла.

2. Сформулируйте второе правило Кирхгофа и запишите для конкретной схемы.

3. Запишите формулы нахождения общего сопротивления при последовательном и параллельном соединениях резисторов.

4. Объясните принцип работы мостика Уитстона. При каких условиях он находится в равновесии?

5. Получите расчетную формулу (1.10) для определения неизвестного сопротивления мостовым методом.

6. Сравните результаты определения сопротивления при последовательном и параллельном соединениях резисторов с вычисленными по формулам (1.3), (1.4). Объясните расхождение значений сопротивлений.



 

Лабораторная работа 2. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ

СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Цель работы: изучить характер зависимости сопротивления металлов от температуры. Оценить скорость электрического дрейфа и среднюю скорость теплового движения электронов.

Приборы и принадлежности:ЛАТР, амперметр, электрическая лампочка.

Изучите теоретический материал по одному из учебных пособий: [3, гл. IV § 14, 15, гл. VI § 28; 4, гл. II § 12, 19].

При изучении теоретического материала сосредоточьте внимание на причинах хорошей электропроводности и теплопроводности металлов, обусловленной свободными электронами, образовавшимися в металле при кристаллизации его из расплава. При этом примерно каждый из атомов теряет по одному электрону, превращаясь в положительный ион.

При отсутствии электрического поля вследствие беспорядочного теплового движения количество электронов, идущих в каком-либо направлении, в среднем всегда равно числу электронов, перемещающихся в обратном направлении, поэтому заряд, переносимый ими, равен нулю. Важно осознать, что при наложении внешнего электрического поля на электроны проводимости действует сила, вызывающая дополнительное к хаотическому упорядоченное движение в направлении, противоположном напряженности поля, поскольку заряд электрона отрицателен. В результате этого возникает направленное перемещение зарядов со скоростью <u>, которая называется скоростью электрического дрейфа. Эта скорость определяет силу тока:

 

I=en<u>S,                                          (2.1)

где n – концентрации носителей заряда;

  е – заряд электрона;

  S – площадь поперечного сечения проводника.

Сила электрического тока определяется отношением величины заряда, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника. Для постоянного тока

.

В общем случае

.

Любой проводник обладает важнейшей характеристикой, обусловленной столкновениями движущихся электронов с ионами кристаллической решетки металла и называемой сопротивлением проводника. Сопротивление зависит от формы, размеров и вещества проводника. Такая зависимость вычисляется по формуле

,

где r – удельное сопротивление вещества проводника;

  l – длина проводника;

S – площадь поперечного сечения проводника.

Кроме того, следует обратить внимание, что с ростом температуры интенсивность колебаний ионов кристаллической решетки металла возрастает, столкновения электронов с ионами решетки становятся более частыми, а средняя скорость <υ> направленного движения электронов падает. А это, как видно из формулы (2.1), приводит к уменьшению силы тока I при тех же значениях концентрации носителей тока n, их заряде е и площади сечения S металлического проводника. Уменьшение силы тока эквивалентно увеличению сопротивления.

Формула зависимости сопротивления металлического проводника от температуры выглядит следующим образом:

 

R=R0(1+a t),                                (2.2)

 

где R0 – сопротивление при температуре 0оС;

    R – сопротивление при температуре tоС;

    a – температурный коэффициентсопротивления.

Из уравнения (2.2) следует, что .

 

Из этой зависимости уясните физический смысл температурного коэффициента, который показывает изменение каждой единицы сопротивления при нагревании на 1оС.

Следует также помнить, что коэффициент сопротивления a зависит от температуры, но эта зависимость в довольно широком диапазоне температур незначительна.







Сейчас читают про: