Контрольні питання

1. Що називається температурним коефіцієнтом опору?

2. Як залежить опір провідника від температури?

3. Що таке відносне вимірювання опору провідника?

4. Як знайти похибку у визначенні кімнатної температури?

5. Від чого залежить температурний коефіцієнт опору провідника?

6. Від чого залежить опір провідника?

Література

1. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. т.ІІ—М.:Наука, 1974.—с. 93-98.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. т.ІІ.—М.:Наука, 1973.—с. 14-16, 35-40.

Лабораторна робота е–7 Вивчення залежності питомого опору електроліта від температури.

Мета роботи:визначення опору електроліта при кімнатній температурі та вивчення залежності питомого опору електроліта від температури.

Водні розчини кислот, лугів та солей, молекули яких дисоціюють на іони, називають електро­літами.

Електричний струм в них – це впорядкований рух іонів обох знаків в електричному полі між зануреними в електроліт електродами. Позитивно заряджений електрон називають анодом, а негативно заряджений – катодом.

Опір електроліта може бути визначений з виразу

,

де – питомий опір електроліта,

l – відстань між електродами,

S – поперечний переріз стовпа електроліта.

Так як l та S в процесі роботи не змінюються, то можна знайти залежність питомого опору від температури t⁰С, досліджуючи температурну залежність опору електроліта.

Зі збільшенням температури питомий опір електроліта зменшується. Пояснюють це тим, що при підвищенні температури посилюється процес дисоціації та збільшується рухомість іонів. Це випливає з виразу для питомого опору електроліта.

,

де F – число Фарадея,

– коефіцієнт дисоціації ( показує, яка частина молекул розчиненої речовини дисоційована на іони),

с – еквівалентна концентрація розчиненої речовини (число кілограм-еквівалентів розчиненої речовини, що міститься в об’ємі електроліта),

u₊та u_-– рухомість іонів (дорівнює зміні швидкості руху іону при зміні напруженості поля на одиницю:,).

Частина 1 Визначення опору електроліта за допомогою мостикової схеми.

Для виконання цієї частини роботи можна скористатися схемою мостика (мал.7-1).

Співвідношення опорів для мостикової схеми

(1)

виведене в роботі Е-5. В результаті проходження струму електролітів відбувається зміна концентрації іонів біля електродів, що приводить до виникнення ЕРС поляризації і робить неможливим застосування цієї формули. Для різкого послаблення ЕРС поляризації коло живлять змінним струмом. Тому в цій частині роботи в коло мостикової схеми підключено джерело змінного струму – звуковий генератор (ЗГ), за допомогою якого можна отримати змінний струм різної частоти. Індикатором, що показує наявність струму в діагоналі мостика, є чутливий гальванометр.

Якщо повзунок на реохорді встановити так , щоб різниця потенціалів між C та D прямувала до 0, то гальванометр покаже мінімальний струм в гілці CD.

В цьому випадку опір електроліта R_xможна розрахувати за формулою (1).

Методика виконання роботи.

1. Зібрати коло за схемою мал.7-1.

2. Ввімкнути в коло звуковий генератор та встановити частоту 1000Гц

3. Коли звуковий генератор прогріється, тричі виконати вимірювання опору (відповідно до методики виконання роботи Е-5), добиваючись найменшого відхилення стрілки гальванометра

4. Користуючись формулою (1), розрахувати значення R_x, похибку визначити методом середнього.

Частина 2

Визначення температурної залежності опору електроліта за допомогою реохордного моста.

При виконанні цієї частини роботи використовується реохордний міст Р-38, принципова схема якого аналогічна схемі лінійного мостика.

В коло гальванометра під’єднані напівпровідникові діоди, завдяки яким можна виконувати вимірювання на змінному струмі. Тому в інструкції до моста Р-38 слід вивчити лише частину “робота на змінному струмі” (інструкція знаходиться в лабораторії).

Методика виконання роботи.

1. Підготувати прилад Р-38 до роботи згідно з інструкцією.

2. Підключити клеми електродів до затискачів “Х” і провести вимірювання опору електроліта при кімнатній температурі

3. Збільшуючи температуру електроліта , виконати вимірювання опору через кожні 5 ⁰С. Виконати 6-7 вимірювань.

4. Побудувати графік залежності R=f(t⁰) з нанесенням поля похибок

Контрольні питання

1. Що являє собою струм в електролітах?

2. Що називається питомим опором електроліта?

3. Як залежить питомий опір електроліта від температури?

4. Що впливає на зміну опору електроліта при зміні його температури?

5. Для чого використовується в колі звуковий генератор?

6. Яким методом рахується похибка в роботі?

Література

1. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики.т.ІІ—М.:Наука, 1972.—с. 149-154.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. т.ІІ.—М.:Наука, 1973.—с. 228-237.

3. Физический практикум. т.III.—М.:МИФИ, 1969, с.150-156.

Лабораторна робота Е–9

Градуювання та визначення сталої термопари.

Мета роботи:навчитися вимірювати термо-ЕРС, визначати її залежність від різниці температур спаїв та обраховувати питому термо-ЕРС термопари.

Провідність металів пояснюється наявністю в них вільних електронів (в основному валентних), що утворюють електронний газ. Ці електрони рухаються хаотично між вузлами кристалічної решітки.

Густина вільних електронів в металах дуже велика (порядку 10²¹-10²³1/см³) та не залежить від температури.

При контакті двох різнорідних металевих провідників деякі електрони можуть переходити з одного металу в інший в наслідок теплового руху. Метал, в якому утворюється надлишок електронів, заряджається негативно, а інші позитивно. Контактна різниця потенціалів, що виникає, називається внутрішньою. Якщо з двох різнорідних металів скласти коло та місця з’єднання підтримувати при різних температурах t₁та t₂, то в колі виникне електрорушійна сила, що називається термо-електричною. Таке з’єднання різнорідних провідників називається термопарою.

Контактна різниця потенціалів обумовлена двома причинами:

1. відмінністю в роботах виходу електронів з металів А та В;

2. відмінністю в концентрації вільних електронів n_Bта n_A

Теоретичний розгляд явища термоелектрики в класичній фізиці приводить до такого виразу для ЕРС термопари:

E=c(t₂-t₁), (1)

де ;

k – стала Больцмана;

е – заряд електрона.

Величина сявляє собою термо-ЕРС, що виникає при різниці температур в 1⁰С, та назива­ється сталою термопари.

Лінійна залежність (1) зберігається лише в певному інтервалі температур.

Термопари можуть виготовлятися з будь-яких матеріалів. Вони мають широке застосування для виміру та контролю сталості температур в широких межах. Найбільш вживані термопари: мідь-константан, константан-залізо, нікель-залізо, хромель-копель, хромель-алюмель, платинородій-платина, вольфрам-реній. До того ж, більш тугоплавкий матеріал термопар застосовується при більш високих температурах.

Термо-ЕРС найчастіше вимірюється методом компенсації. В цьому випадку на вимірювання не впливає довжина провідних дротів, так як в моменти компенсації струм кола термопари дорівнює 0.

Компенсаційний метод заснований на ІІ законі Кірхгофа (мал.9-1)

Якщо замкнути ключ К₁, то на ділянці з відомим опором R_нта на паралельній йому ділянці термопари з’являється падіння потенціалу U, величину якого можна регулювати за допомогою реостaта R. Нехай при температурі спаїв термопари t₁та t₂(t₁<t₂) в ній створюється термо-ЕРС, напрям якої протилежний напряму падіння потенціалу, що створюється на цій ділянці батареєю Б. Тоді за другим законом Кірхгофа

I₁R₁+IR_м=E.

Реостатом R можна підібрати такий опір що струм І₁на ділянці термопари буде дорівнювати нулю (І₁=0). Таким чином

E=IR_м. (2)

Величина струму І може бути розрахована за показами вольтметра U_vта невідомим опором вольтметра R_v:

.

Підставивши значення I в (2), отримаємо

, (3)

де R_v- опір вольтметра (написано на вольтметрі);

R_м= 0.40.5 Ом (задається магазином опорів);

U_v– показ вольтметра.