Визначення питомого опору провідника

 

Мета роботи: виміряти питомий опір проволоки, отримати навички роботи с амперметром, вольтметром, мікрометром.

Завдання:

1. Визначити питомий опір та матеріал провідника..

2. Визначити електропровідність провідника та питому електропровідність речовини, з якої виготовлено провідник.

3. Виявити залежність опору провідника від його довжини.

Обладнання та інструменти: проволока з матеріалу з великим питомим опором, натягнута на дерев’яну планку, амперметр, вольтметр, джерело струму, з’єднальні проводи, мікрометр, лінійка.

Вказівки на теоретичний матеріал:

1. Опір провідника.

2. Закон Ома для ділянки кола.

 

Теоретичні положення

 

Електричний струм в речовині виникає під дією електричного поля. Електричне поле змушує рухатися вільні носії заряду: електрони, дірки чи іони. Узгоджений рух носіїв заряду в зовнішньому електричному полі називається дрейфовим струмом.

Електричний струм виникає також під дією відмінних від електричного поля причин. У таких випадках говорять, що електричний струм зумовлений сторонніми силами. Кількісною характеристикою здатності сторонніх сил створювати електричний струм є так звана електрорушійна сила, або скорочено ЕРС.

Розглянемо кілька різних прикладів створення струму сторонніми силами.

Дифузійний струм виникає тоді, коли носії заряду розпроділені в речовині неоднорідно. Дифузійний струм важливий для роботи напівпровідникових приладів, зокрема транзисторів.

У гальванічних елементах, батарейках, акумуляторах електричний струм виникає внаслідок хімічних перетворень, які відбуваються на межі електродів з електролітом.

У термоелектричних джерелах струму електричний струм виникає внаслідок градієнту температури.

Електричний струм викликається також змінним магнітним полем. Зміна магнітного потоку створює вихрове електричне поле, яке й призводить до руху носіїв заряду.

Закон Ома для ділянки кола: сила струму на однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки і обернено пропорційна її опору.

(1)

Рисунок 1. Схема електричного кола

Електропровідність– властивість тіла проводити електричний струм та яка кількісно характеризує цю властивість. (2) Опір провідника: (3) Перетворюючи формули (1) і (3), отримуємо вираз для питомого опору: (4)

Питома електропровідність:

(5)

Густина струму:

(6)

Закон Ома в загальному вигляді:

(7)

Перетворюючи формули (6) і (7), отримуємо вираз для напруженості електричного поля всередині провідника:

(8)

Середнє значення і похибки вимірювань визначаються за такими формулами:

ρ_сер = (15)

(16)

(17)

 

Порядок виконання роботи

Перед початком виконання роботи: визначити ціну поділки шкали кожного вимірювального приладу, накреслити схеми електричного кола для кожного з завдань

Завдання 1. Визначити питомий опір та матеріал провідника..

 

1. Скласти електричне коло за схемою на рис. 1. Зробити схему.

2. За допомогою амперметра і вольтметра зняти значення сили струму і напруги на опорі. Результат занести до табл. 1. Дослід виконати 5 разів, переміщуючи повзунок реостату.

3. За формулою (4) розрахувати питомий опір. Результат занести до табл. 1.

 

 

Таблиця 1.1. Результати вимірів і розрахунків

№ п/п	I, A	U, B	S, м^2	l, м	ρ, Ом*м	ρсер, Ом*м	Матеріал
…

 

4. Розрахувати похибки вимірювань.

Таблиця 1.2. Похибки вимірювань.

Iсер, A	ΔIсер, A	εI, %	Uсер, B	ΔUсер, B	εU, %	Δρсер, Ом*м	ερ, %	ρ = ρсер+Δρсер

 

Завдання 2. Визначити електропровідність провідника та питому електропровідність речовини, з якої виготовлено провідник.

 

1. За формулами (2, 5) розрахувати електропровідність і питому електропровідність речовини провідника. Результат занести до табл. 3.

Таблиця 2.1. Результати розрахунків

ρсер, Ом*м	Gсер, См	σсер, 1/См	Iсер, А	Uсер, В	Sсер, м^2	jсер, А/м^2	Eсер, В/м

 

2. За формулами (7, 8) розрахувати густині струму та напруженість електричного поля в середині провідника. Результат занести до табл. 3.

 

Завдання 3. Виявити залежність опору провідника від його довжини.

 

1. Скласти електричне коло за схемою на рис. 1

2. За допомогою амперметра і вольтметра зняти значення сили струму і напруги на опорі, змінюючи його довжину.

Таблиця 3.1. Результати вимірів і розрахунків

№ п/п	I, A	U, B	R, Ом	S, м^2	l, м	ρ, Ом*м	Δρ, Ом*м	ε, %	Матеріал
…

 

3. Побудувати графік залежності опору провідника від його довжини. Перекона-тися у його лінійності. За кутом нахилу визначити питомий опір та порівняти його з попереднім.

Висновок:

1. Яку фізичну величину Ви визначали? Описати, яким чином Ви це робили.

2. Дати аналіз отриманим даним. Для чого Ви розраховували похибки?

 

Контрольні запитання

1. Що таке питомий опір? Від яких величин він залежить? Формула. Одиниці вимірювання.

2. Чому для виготовлення нагрівальних приладів використовують провідники з великим питомим опором, а для з’єднувальних проводів – з малим?

3. Від чого залежить опір провідників?

4. Сформулювати закон Ома для ділянки кола і в загальному вигляді.

5. Що таке електропровідність і питома електропровідність речовини? Від яких величин він залежить? Формула. Одиниці вимірювання.

6. Розв’яжіть задачу:

Визначте масу нікелінового провідника, якщо через переріз діаметром 0,25 мм² протягом 2 хв проходить заряд 30 мКл. Різниця потенціалів на кінцях провідника 6 В, його довжина 50 см. Як зміниться отримане значення, якщо:

– збільшити довжину провідника у 10 разів;

– зменшити діаметр провідника у 2 рази;

– замість нікелінового провідника взяти мідний;

7. Заповніть таблицю.

Запишіть фізичні величини, які необхідно виміряти, щоб експериментально визначити питомий опір, а також назви приладів, які вам знадобляться.

Фізична величина	Позначення	Одиниці вимірювання	Прилад для вимірювання фізичної величини

Лабораторна робота