2.4. Питання для самоперевірки

1. Що називається ЕРС елементу? Який фізичний сенс цієї величини?

2. Які є помилки при вимірі ЕРС вольтметром?

3. У чому перевага методу компенсації?

4. Як використовувати метод компенсації для порівняння опорів?

5. Призначення в колі схеми двох різних опорів.

6. Поясніть, як в схемі (див. рис. 2.1) застосовується правило Кірхгофа.

7. Пристрій і призначення нормального елементу Вестона.

8. Які умови існування електричного струму?

2.5. Порядок проведення лабораторної роботи

Величина ЕРС методом компенсації визначається за схемою рис. 2.1. Розглянемо її детальніше. У колі нормального елементу включений опір близько 20000 Ом, щоб через нормальний елемент не проходив великий струм під час підбору опору при визначенні ЕРС методом компенсації.

У коло елементу включається ключ , в коло нормального елементу – ключ . Замикати ключем нормальний елемент до настання компенсації можна лише на короткий час, щоб не змінилася ЕРС.

Потім поставити ключ в положення I і записати значення опору (значення береться з макету).

Для включення джерела струму необхідно включити ключ в колі , підібрати за допомогою штепсельного магазина на ділянці такий опір , щоб гальванометр не показував струму. При цьому ключ нормального елементу слід замикати на короткий час, достатній для виявлення наявності струму. Записати значення при нульовому положенні стрілки гальванометра.

Поставити ключ в положення II і записати значення опору (значення береться з макету), знову підібрати такий опір за допомогою магазина опорів, щоб струм через гальванометр дорівнював нулю.

2.6. Обробка результатів експерименту

По формулі (2.6) і виміряним значенням і обчислити величину . За отриманим значенням за допомогою виразу (2.5) обчислити величину .

2.7. Оформлення звіту

Звіт повинен містити наступні дані: мету роботи, робочу схему (див. рис. 2.1), розрахунок і з аналізом можливих помилок, висновки по роботі.

Література: [1], с. 136 – 143; [2], с. 68 – 72.

Лабораторна робота Е-3

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕРМІЧНОГО КОЕФІЦІЄНТА ОПОРУ МЕТАЛІВ

3.1. Мета роботи

Визначення термічного коефіцієнта опору мідного дроту.

3.2. Загальні положення

На підставі численних дослідних даних встановлено, що опір провідника залежить від температури. При зміні температури провідника в невеликому інтервалі температур його опір при температурі можна виразити формулою

, (3.1)

де – опір провідника при .

З рівняння (3.1) видно, що опір при деякій температурі складається з двох доданків: незалежного від температури – і температурно-залежного .

Відомо, що опір металу виникає із-за розсіяння електронів провідності на різних дефектах кристалічної решітки і її коливаннях – фононах.

Розсіяння на стаціонарних дефектах – вакансіях, міжвузлових атомах, дислокаціях і межах зерен дає температурно-незалежний вклад в опір металу – залишковий опір , кінцевий при прагненні температури до абсолютного нуля.

Розсіяння на коливаннях грат дає температурно-залежний вклад, прагнучий до нуля у міру наближення до абсолютного нуля температури, коли енергія класичних коливань стає нескінченно малою.

З рівняння (3.1) можна отримати вираз для термічного коефіцієнта опору металів

. (3.2)

Термічним коефіцієнтом опору називається відносна зміна опору провідника (віднесена до опору при ) при нагріванні на .

Дослідженням різних провідників встановлено, що термічний коефіцієнт опору може бути як позитивним (для металів), так і негативним (для електролітів і більшості напівпровідників). У більшості металів термічний коефіцієнт опору близький до 4·10^-3 К^-1. Для визначення термічного коефіцієнта опору необхідно виміряти опір провідника при двох різних температурах.

Вимірявши опір провідника при температурі і опір при температурі , отримуємо для цих температур два рівняння.

;

,

а розділивши перше рівняння на друге, виключимо

. (3.3)

Вирішивши рівняння (3.3) відносно , отримаємо розрахункову формулу для визначення термічного коефіцієнта опору провідника

. (3.4)

Вираз (3.4) дає середній коефіцієнт в температурному інтервалі .

При прагненні інтервалу до нуля виходить дійсне значення термічного коефіцієнта при температурі .