Порядок виконання роботи.

1. Виміряти мікрометром діаметр дроту на 8…10 різних ділянках. Знайти середню величину діаметра дроту. Розрахувати площу поперечного діаметру дроту, оцінити похибки вимірювань.

2. Виміри за допомогою мікрометра містять як систематичну, так і випадкову похибки: та . Якщо одна з них набагато менша за іншу, то врахувати лише одну – найбільшу: ; .

3. Скласти таблицю основних характеристик амперметра і вольтметра: система приладу; клас точності; границя вимірювань Х_n; число поділок шкали n, ціна поділки ; чутливість ; абсолютна похибка ; внутрішній опір приладу (на даній границі вимірювань).

4. Використовуючи значення внутрішніх опорів, вказаних на приладах, і знаючи, що опір дроту по порядку величини дорівнює 2…5 Ом, оцінити за допомогою формули (4.4) і (4.5) величину поправок при вимірюваннях R_x по схемам рис.4.1а та 4.1б. Для роботи виберіть ту зі схем, котра приводить до найменшої поправки.

5. Виміряти за допомогою лінійки довжину досліджуваної ділянки дроту (за вказівкою викладача) і зібрати вибрану електричну схему, використовуючи як джерело струму прилад ВС-24м, а як відомий (еталонний) опір – магазин опорів. Встановити величину еталонного опору порядку декількох Ом (1-5 Ом).

6. Повернути ручку регулятора напруги на приладі ВС-24 м до відказу вліво, тумблером включити мережу і, плавно змінюючи струм за допомогою ручки регулятора напруги, записати у вигляді таблиці покази вольтметра і амперметра в 5-6 точках (як правило, в процесі вимірювань покази приладів записують в поділках шкали без будь-якої обробки):

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
U, поділок
I, поділок
U, вольт
I, ампер

7. Провести вимірювання при зростаючих і спадаючих значення струму. Побудувати графік залежності і з його допомогою знайти середнє значення опору за формулою , де І та U – значення струму і напруги, взяті за графіком в точці в кінці прямої. Знайти похибку .

8. За формулою (4.4) або (4.5), в залежності від обраної схеми вимірювань, визначити шуканий опір R_x – оцінити, із якою похибкою знайдено величину R_x. Дані занести у таблицю.

9. Виміряти опір дроту методом порівняння спаду напруги на опорі R_x і на еталонному опорі R_e.

10. Визначити питомий опір дроту за формулою: . Оцінити припущену при цьому похибку.

Контрольні запитання.

1. Що називається питомим опором матеріалу і від чого він залежить?

2. Якою є розмірність питомого опору в СІ?

3. Які величини в даному експерименті треба виміряти з більшою точністю?

4. Дайте коротку характеристику відомих вам методів вимірювання опору.

Лабораторна робота №5

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЕФІЦІЄНТА

ОПОРУ МЕТАЛІВ

Мета роботи: ознайомитися з одним із найбільш поширених методів визначення опору провідників – мостом Уітстона, і вимірювання за його допомогою залежності опору провідників від температури.

Прилади та матеріали: реохорд; магазин опорів; гальванометр; вимірювальні опори; термостат із підігрівачем; джерело живлення ВС-24М.

Теоретичні відомості

Опір металів зростає зі збільшенням температури. Для багатьох металів залежність опору від температури можна подати у вигляді ряду:

(5.1)

де R₀ – опір за температури 0ºС.

Коефіцієнти , , … зменшується зі зростанням показника ступеня температури. Для температур, значно менших за температури плавлення, додатками, ступені яких вищі за першу, можна знехтувати. Тоді

(5.2)

Для визначення температурного коефіцієнта опору α продиференціюємо вираз (5.2) по t

, (5.3)

звідки

(5.4)

Отже, температурний коефіцієнт опору - є відносна зміна опору провідника за зміни температури на один градус.

Д

Рис.5.1. − Залежність опору від температури

ля підрахунку величин і R₀ необхідно знати залежність R_t=f(t). В проміжку температур 0…100ºС ця залежність має вигляд прямої з нахилом до осі температур. На осі ординат відкладаємо опір R_t, а на осі абсцис – tºС. Тангенс кута нахилу прямої до осі абсцис і дорівнюватиме (Рис.5.1)

Якщо продовжимо пряму до перетину з віссю ординат, то знайдемо R₀.

При визначенні температурного коефіцієнту опору металу важливо вміти визначити опір провідників. Одним із найбільш поширених методів визначення опору провідників є метод моста Уітстона. Його схему наведено на рис.5.2.

Міст Уітстона складається з реохорда АС, чутливого гальванометра Г і двох опорів – відомого R (магазин опорів) і невідомого R_t. Реохорд являє собою закріплений на лінійці однорідний дріт, уздовж якого може ковзати контакт Д. Розглянемо схему без ділянки ВД. Замкнемо ключ К. Тоді по провіднику АС потече струм І_а , а уздовж нього будемо спостерігати рівномірне падіння потенціалу від величини φ_А (в точці А) до величини φ_С (в точці С). В ланцюгу АВС піде струм І і спостерігатиметься падіння потенціалу від φ_А до φ_С (на опорі R). Очевидно, в точці В потенціал має проміжне значення φ_В між значенням φ_А і φ_С. Тому на відрізку АС завжди можна знайти точку Д, потенціал якої φ_Д дорівнює потенціалу φ_В в точці В: φ_Д=φ_В.

Якщо між точками В і Д включити гальванометр Г, то струм через нього не потече, бо φ_В-φ_Д=0.

Такий стан називається рівновагою моста. Покажемо, що умови рівноваги визначаються відношенням

(5.5)

Дійсно, на основі другого правила Кірхгофа для будь-якого замкнутого контуру сума падіння напруги дорівнює сумі електрорушійних сил:

(5.6)

Запишемо ці умови для контурів АВД і ВСД за рівноваги моста:

(5.7)

(5.8)

Ділимо рівняння (5.7) на (5.8), одержуємо умову (5.5).

Так як опір відрізків АД і ДС пропорційний їх довжині l₁ і l₂ , то

(5.9)

Через те, що опір реохорда не дуже великий, міст Уітстона описаного типу застосовується, як правило, для вимірювання малих опорів (від 1 до 1000 Ом).