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, м2	l, м	ρ, Ом*м	ρсер, Ом*м	Матеріал
1
…
5

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, м2	jсер, А/м2	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, м2	l, м	ρ, Ом*м	Δρ, Ом*м	ε, %	Матеріал
1
…
5

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.