ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.5.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА

СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Фамилия И.О. _____________   Группа ______   Дата ______

 

Введение

При изменении температуры проводника изменяется его сопротивление. Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры выражается формулой

R = R0 (1+αt),                                                     (1)

где R0 – сопротивление при температуре 0ºС; R – сопротивление при температуре tºС;   α – термический коэффициент сопротивления; t – температура проводника.

Для определения термического коэффициента сопротивления металла продифференцируем выражение (1) по температуре t:

Откуда

                                                         (2)

Следовательно, термический коэффициент сопротивления есть относительное изменение сопротивления проводника при изменении температуры на один градус.

Для вычисления величин  и R0 необходимо снять зависимость сопротивления R от температуры. Эта зависимость графически изображается прямой, наклонной к оси температур.

На оси ординат (вертикальная ось) откладываются сопротивления R, а на оси          абсцисс – температура tºС, причем температуру необходимо откладывать от 0ºС. Прямую, выражающую зависимость R от температуры, необходимо продлить до пересечения с осью ординат для определения R0.

В этой работе сопротивление медной катушки определяется с помощью моста Уитстона. Мост Уитстона является самой распространенной из мостовых схем, используемых для точного измерения сопротивлений (рис. 1).


Сопротивление трех плеч R1, R2, R3 известны с высокой точностью; по крайней мере, одно их них (R3 на схеме рис. 1) делается переменным; его значение обычно считывается по шкале. Измеряемое сопротивление Rх образует четвертое плечо моста. После подключения батареи через каждый резистор течет ток. Для измерения неизвестного сопротивления переменное сопротивление R3 изменяют до тех пор, пока точки В и Д не будут иметь одинаковый потенциал (при этом стрелка гальванометра не будет отклоняться при кратковременном замыкании ключа К). Мост уравновешен (сбалансирован) UАВ = UАД, или I3R3 = I1R1 (I1 – сила тока, текущего через R1 и R2 в уравновешенном мосте, I3 – сила тока через R3 и Rх). В уравновешенном мосте падание напряжения на Rх равно падению напряжения на R2, т.е.

I3Rх = I1R2

Разделив полученные равенства одно на другое, имеем  или  следовательно, зная R1, R2 и R3 можем найти Rх.

 

Описание лабораторной установки

В лабораторной работе сопротивление катушки определяется с помощью технического мостика постоянного тока типа МВЦ-49, предназначенного для измерения омических сопротивлений. В принципе он ничем не отличается от мостика Уитстона, описанного выше.

При измерении сопротивления в пределах от 10 до 100000 Ом погрешность измерения не превышает 0,2%.

 

Порядок выполнения работы

1.        Изучить электрическую цепь, собранную согласно схеме (рис. 1).

2.        Установить батарею в прибор, а в пробирку с образцом установить термометр.

3.        Рукоятку переключателя «Умножить» установить в положение 0,01 и определить примерное значение сопротивления.

4.        На магазине плеча сравнения моста установить сопротивление, предположительно равное измеряемому с учетом множителя.

5.        На короткое время нажать кнопку «грубо». Руководствуясь направлением отклонения стрелки гальванометра, подобрать такое сопротивление, при котором после нажатия кнопки «грубо» стрелка гальванометра будет неподвижной. При резких отклонениях стрелки гальванометра кнопку немедленно отпустить.

6.        Нажимая кнопку «точно», произвести окончательный подбор сопротивлений. Искомое сопротивление вычислить по формуле (4), записав при этом температуру, при которой измеряется это сопротивление

где N – множитель, соответствующий положению рукоятки переключателя «умножить»;

R – отсчет по магазину плеча сравнения в Омах.

7.        Включить электрическую цепь кипятильника. При повышении температуры катушки, примерно через каждые 10ºС измерять ее сопротивление и составить таблицу результатов измерения.

8.        Согласно полученным данным на миллиметровой бумаге вычертить график зависимости R = f(t) (масштаб произвольный). На оси ординат отложить R, а на оси абцисс – t. Температура 0ºС должна быть в начале координат. По графику определить . Продолжив прямую до пересечения с осью ординат, найти R0. Зная R0 и , вычислить термический коэффициент сопротивления по формуле (2).

9.        Вычислить относительную и абсолютную ошибки измерения термического коэффициента сопротивлений.

 

Контрольные вопросы

1.       Объясните наличие электрического сопротивления металлов с классической точки зрения.

2.       Почему и как сопротивление металлов зависит от температуры?

3.       Напишите формулу зависимости сопротивления металла от температуры.

4.       Что такое термический коэффициент сопротивления металлов? В каких единицах он измеряется?

5.       Что такое удельное сопротивление, в каких единицах измеряется.

6.       Дайте определение электрического тока.

7.       Напишите закон Ома для участка цепи.

8.       Нарисуйте схему и объясните работу моста для измерения сопротивлений (мост Уитстона).

9.       Напишите формулу для расчета сопротивления проводника длиной l и диаметром d.

10.    Что такое плотность тока, в каких единицах измеряется?

11.    Запишите закон Джоуля-Ленца. Что определяет этот закон?

12.    По какой формуле можно определить мощность, выделяющуюся в цепи постоянного тока?

13.    Как измерить сопротивление цепи при помощи вольтметра и амперметра?

14.    Чему равно сопротивление параллельно соединенных сопротивлений?

15.    Что такое шунтирование амперметра?

16.    Для чего к вольтметру подключают добавочное сопротивление?

17.    Определите величину шунта, если на амперметре с внутренним сопротивлением R0= 1 Ом, с пределом измерения 1 А, необходимо измерить ток I = 10 А.