ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №17

Изучение зависимости сопротивления металлов от температуры

Цель работы: Определение температурного коэффициента сопротивления металла и построение графика зависимости .

Приборы и принадлежности: проволочное сопротивление из исследуемого металла, сосуд с водой, термометр с пределами измерения от 0 °С до 100 °С, вольтметр В7-22А (авометр), электронагреватель, соединительные провода.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В металлах носителями тока являются свободные электроны. Когда через металл проходит ток, то перемещаются только электроны, а положительные ионы остаются в узлах кристаллической решетки. Свободные электроны, совершая хаотическое тепловое движение в металле, ведут себя подобно молекулам газа. Поэтому их часто называют электронным газом. Плотность электронного газа и строение кристаллической решетки зависят от рода металла. Сопротивление (проводимость) проводника зависит от рода вещества, температуры, а также длины и площади их поперечного сечения. Проводники с электронной проводимостью (металлы) называются проводниками первого рода.

Изменение сопротивления проводника в зависимости от температуры различно для разных материалов. Для металлов при обычных температурах зависимость между температурой и сопротивлением можно считать линейной:

	.	(1)
Здесь R0 – сопротивление проводника при температуре 0 0С, R – его сопротивление при некоторой температуре t.

Величина , характеризующая зависимость изменения сопротивления проводника (вещества) от температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления вещества.

Температурный коэффициент сопротивления вещества показывает, на какую часть первоначального сопротивления при 0 ⁰С изменяется сопротивление проводника при нагревании его на 1 ⁰С.

Из (1) легко получить выражение для температурного коэффициента сопротивления проводника:

.

(2)

Для многих чистых металлов температурный коэффициент сопротивления почти одинаков и составляет (около 1/273). Для большинства сплавов, не имеющих правильной кристаллической решетки, величина удельного сопротивления много больше удельного сопротивления чистых металлов, но от температуры удельное сопротивление сплавов зависит в меньшей степени, чем у металлов. Известны сплавы, сопротивление которых практически не зависит от температуры, например у константана, сплава , . Из этих сплавов изготавливают эталоны сопротивлений.

Получим формулу, позволяющую рассчитать температурный коэффициент сопротивления проводника, измерив его сопротивления при любых двух температурах, не равных . Сопротивления одного и того же проводника при температурах t₁ и t₂ выразятся формулами: , .

Разделив их, получим . Из последнего выражения следует

(3)

Для измерения сопротивления проводника при разных температурах в настоящей работе используется авометр (вольтметр В7-22А).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Собрать схему по рисунку 2. Опустить термометр в пробирку.

2. Через 5 мин подключить авометр к сети и измерить одновременно значения .

3. Сосуд с водой, в который опущена пробирка с проволокой из исследуемого металла, нагревают, записывая температуру и соответствующее сопротивление через каждые 5 ⁰С. (Всего определяется по 6 значений температуры и сопротивления.)

4. При достижении температуры ок. 45⁰C нагревательный прибор выключить и разобрать схему.

5. Произвести расчёты по формуле (3), принимая за значения соответствующих величин при нагревании и заполнить таблицу.

6. Построить график зависимости сопротивления от температуры .

На рис. 2: А и В – клеммы катушки (проволочного сопротивления), С – стеклян­ная пробирка,

Т – термометр, К – катушка из исследуе­мого металла,

Р – электронагреватель, Н – сосуд с водой,

V – вольтметр В7-22А.

Таблица.

№ опыта									 %
Начальные значения ( )				–	–	–	–	–	–
Значения при нагревании	2
	…
	6

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Объяснить зависимость электрического сопротивление от температуры: металлов, жидкостей (электролитов), полупроводников?

2. Уметь вывести формулу .

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №18