4.2. Упражнение 2. Исследование зависимости силы тока в металлах от напряжения (проверка закона ома)

4.2.1. Теория метода

По закону Ома сила тока в металлическом проводнике прямо пропорциональна напряжению и сопротивление металлического проводника не зависит от напряжения и силы тока:

J ~ U; J = ; R =

В работе закон Ома проверяется на установке, описанной в п.п. 4.1.2.по схеме, изображенной на рис. 4.1,а – по схеме 1.

Напряжение, подаваемое на участок цепи, содержащей проводник , амперметр А и вольтметрV, регулируется ручкой «Рег. тока» на передней панели измерительной части установки и измеряется вольтметром. Сила тока измеряется амперметром.

Амперметр включается последовательно с проводником, поэтому сила тока в проводнике равна показанию амперметраJ_из:

J = J_из.

Вольтметр включается параллельно участку цепи, состоящему из последовательно соединенных проводника и амперметра, и его показание U_из равно сумме напряжения на проводнике U и напряжения на амперметре U_A:

U_из = U + U_A.

Отсюда напряжение на проводнике

U = U_из – U_A.

Напряжение на амперметре согласно закону Ома равно

U_A = J_изR_A.

Тогда напряжение на проводнике

U = U_из – J_изR_A.

Таким образом, проверка закона Ома сводится к проверке прямой пропорциональной зависимости измеренной силы тока J_из от выражения (U_из – J_изR_A):

J_из ~ (U_из – J_изR_A).

44

4.2.2. Порядок выполнения упражнения

1) Ручку потенциометра на передней панели измерительной части установки «Рег. тока» повернуть против часовой стрелки до упора.

2) Включить вилку шнура установки в розетку.

3) Нажав кнопку «сеть» на передней панели измерительной части, включить установку.

4) Нажав кнопку переключателя вида работы К1 выбрать режим «V - mA».

5) Отжав кнопку выбора схемы К2, выбрать схему, приведенную на рис. 4.1,а – схему 1.

6) Освободив винт на подвижном кронштейне, передвинуть кронштейн на выбранную длину провода (около 45 см).

7) Поворачивая ручку «Рег. тока» по часовой стрелке добиться, чтобы напряжение, подаваемое на исследуемый участок цепи (напряжение, которое показывает вольтметр), равнялось 0,6 В.

8) Значения напряжения U_из и силы тока J_из (показания вольтметра и амперметра) записать в табл. 4.2.1.

9) Поворачивая ручку «Рег. тока» по часовой стрелке и увеличивая напряжение на 0,1 В, повторить пункты 7) и 8) при напряжениях U_из , равных 0,7 В; 0,8 В; 0,9 В; 1,0 В.

10) Нажав кнопку «сеть» выключить установку.

11) Вынув вилку шнура установки из розетки, отключить установку от сети.

4.2.3.Задания к упражнению 2

(результаты вычислений внести в таблицы 4.2.1 и 4.2.2)

1) Используя формулу общего сопротивления при последовательном соединении проводников и формулу закона Ома, получить выражение напряжения на проводнике через показания вольтметра U_из и амперметра J_из и сопротивление амперметра R_A:

= U_из – J_изR_A.

2) Вычислить напряжения U, приходящиеся на проводник.

3) Построить график зависимости силы тока в проводнике от приложенного напряженияU и убедиться в прямо-пропорциональной зависимости J от U.

4) Выбрав интервал значений напряжений около ΔU = 0,5 В, по графику найти соответствующий интервал значений сил тока ΔJ.

5) Вычислить угловой коэффициент, равный тангенсу угла наклона графика зависимости J от U:

.

6) Учитывая, что отношение равно сопротивлению проводника, вычислитьR:

.

45

7) Используя формулу сопротивления цилиндрических проводников, выразить через сопротивление проводника R и геометрические размеры проводника и вычислить удельное сопротивление материала проводника .

8) Сравнить полученное значение со средним значением, вычисленным в упражнении 1, и найти относительное отличие удельных сопротивленийи:

9. Если не выполнялись упражнение 1 и задания к нему, то выполнить задания 12)…25) из пункта 4.1.4.

Таблица 4.2.1

	1	2	3	4	5
Uиз, В
Jиз = J, А
U, В

Таблица 4.2.2

Номер задания	4	4	5	6	7	8
Величина	ΔU	ΔJ	tg 	R
Наименование единицы измерения	В	А	1/Ом	Ом	Ом. м	%
Численное значение