2.4. Вопросы для самопроверки

1. Что называется ЭДС элемента? Каков физический смысл этой величины?

2. Какие имеются ошибки при измерении ЭДС вольтметром?

3. В чем преимущество метода компенсации?

4. Как использовать метод компенсации для сравнения сопротивлений?

5. Назначение в цепи схемы двух разных сопротивлений.

6. Объясните, как в схеме (см. рис. 2.1) применяется правило Кирхгофа.

7. Устройство и назначение нормального элемента Вестона.

8. Каково условие существования электрического тока?

2.5. Порядок проведения лабораторной работы

Величина ЭДС методом компенсации определяется по схеме рис. 2.1. Рассмотрим ее подробнее. В цепи нормального элемента включено сопротивление около 20000 Ом, чтобы через нормальный элемент не проходил большой ток во время подбора сопротивления при определении ЭДС методом компенсации.

В цепь элемента включается ключ , в цепь нормального элемента – ключ . Замыкать ключом нормальный элемент до наступления компенсации можно только на короткое время, чтобы не изменилась ЭДС.

Затем поставить ключ в положение I и записать значение сопротивления (значение берется с макета).

Для включения источника тока необходимо включить ключ в цепи , подобрать с помощью штепсельного магазина на участке такое сопротивление , чтобы гальванометр не показывал тока. При этом ключ нормального элемента следует замыкать на короткое время, достаточное для обнаружения наличия тока. Записать значение при нулевом положении стрелки гальванометра.

Поставить ключ в положение II и записать значение сопротивления (значение берется с макета), снова подобрать такое сопротивление при помощи магазина сопротивлений, чтобы ток через гальванометр был равен нулю.

2.6. Обработка результатов эксперимента

По формуле (2.6) и измеренным значениям и вычислить величину . По полученному значению с помощью выражения (2.5) вычислить величину .

2.7. Оформление отчета

Отчет должен содержать следующие данные: цель работы, рабочую схему (см. рис. 2.1), расчет и с анализом возможных ошибок, выводы по работе.

Литература: [1], с. 136 – 143; [2], с. 102 – 111.

Лабораторная работа Э-3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА

СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

3.1. Цель работы

Определение термического коэффициента сопротивления медной проволоки.

3.2. Общие положения

На основании многочисленных опытных данных установлено, что сопротивление проводника зависит от температуры. При изменении температуры проводника в небольшом интервале температур его сопротивление при температуре можно выразить формулой

, (3.1)

где – сопротивление проводника при .

Из уравнения (3.1) видно, что сопротивление при некоторой температуре состоит из двух слагаемых: температурно-независимого – и температурно-зависимого .

Известно, что сопротивление металла возникает из-за рассеяния электронов проводимости на различных дефектах кристаллической решетки и ее колебаниях – фононах.

Рассеяние на стационарных дефектах – вакансиях, межузельных атомах, дислокациях и границах зерен дает температурно-независимый вклад в сопротивление металла – остаточное сопротивление , конечное при стремлении температуры к абсолютному нулю.

Рассеяние на колебаниях решетки дает температурно-зависимый вклад, стремящийся к нулю по мере приближения к абсолютному нулю температуры, когда энергия классических колебаний становится бесконечно малой.

Из уравнения (3.1) можно получить выражение для термического коэффициента сопротивления металлов

. (3.2)

Термическим коэффициентом сопротивления называется относительное изменение сопротивления проводника (отнесенное к сопротивлению при ) при нагревании на .

Исследованием различных проводников установлено, что термический коэффициент сопротивления может быть как положительным (для металлов), так и отрицательным (для электролитов и большинства полупроводников). У большинства металлов термический коэффициент сопротивления близок к 4·10^-3 К^-1. Для определения термического коэффициента сопротивления необходимо измерить сопротивление проводника при двух различных температурах.

Измерив сопротивление проводника при температуре и сопротивление при температуре , получаем для этих температур два уравнения.

;

,

а разделив первое уравнение на второе, исключим

. (3.3)

Решив уравнение (3.3) относительно , получим расчетную формулу для определения термического коэффициента сопротивления проводника

. (3.4)

Выражение (3.4) дает средний коэффициент в температурном интервале .

При стремлении интервала к нулю получается истинное значение термического коэффициента при температуре .