Описание установки

Для исследования зависимости сопротивления термистора от температуры применяют мостовую схему (рис.2), в одно из плеч которой включен термистор R_T, а во второе – магазин резисторовR_M. Питается мост от источника Е постоянного тока. Напряжение на реахордеbарегулируется реостатомR. Участкиас,аd,bс,bdназываются плечами моста,dс– диагональю моста. В последнюю включен индикатор тока – гальванометр. Мост считается уравновешенным, или скомпенсированным, если при включенном источнике питания ток в диагонали мостовой ветви отсутствует. Это значит, что разность потенциаловU_с –U_d = 0. Следовательно, на плечах моста разность потенциалов и ток будут соответственно равны:

U_а – U_d = U_а – U_с; I₁ = I₂

I) II) (8)

U_d – U_b = U_c – U_b; I₃ = I₄

Применяя закон Ома к каждому плечу моста, получим:

U_а – U_d = I₃R_T; U_d – U_b = I₄R_м;

U_а – U_с = I₁R₁; U_c – U_b = I₂R₂;

Принимая во внимание первые равенства (8), найдем:

I₃R_T = I₁R₁; I₄R_м = I₂R₂.

Учитывая вторые равенства (8), получим расчетную формулу мостовой схемы:

. (9)

Поскольку в качестве резисторов R₁иR₂используют однородную проволоку с большим удельным сопротивлением, то, на основании формулыR=, отношение сопротивленийR₁иR₂в (9) заменяют отношением длин₁и₂. Тогда формула (9) примет вид:

, (10)

где ₁и₂– участки реохордаba.

Сопротивление магазина R_Mопределяют по цифрам на переключателях, умноженных на соответствующий коэффициент кратности, помеченный на панели магазина.

Порядок выполнения работы.

1. Исследование зависимости сопротивления термистора от температуры:

1. Поместить термометр и термистор в калориметрический сосуд, заполненный на 2/3 объема водой или водой со льдом и поставить его на электроплитку.

2. Собрать схему, (рис.2) установить ползунок реохорда на его середину, т.е. ₁=₂. Тогда при равновесии моста (согласно формуле 10) сопротивление магазина будет равно сопротивлению термистора.

3. Установить на магазине 10000 Ом. Для этого переключателем с кратностью Х1000 установить цифру 10 против стрелки, остальные переключатели установить на 0.

4. Кратковременно нажать на ключ и заметить направление движения стрелки гальванометра от нулевого деления.

В дальнейшем сначала переключателем с ценой деления ×1000 добиться приближения стрелки гальванометра к нулю, а затем переключателем ×100. Окончательно установить стрелку на нуль переключателем ×10. Например, при 10000 Ом стрелка гальванометра отклонилась влево от нулевого деления, а при установке 9000 Ом – вправо. Тогда переключателем ×100 необходимо увеличивать сопротивление магазина, пока стрелка установится на нуле. Если стрелка перейдёт на левую половину шкалы гальванометра, то необходимо вернуть переключатель из последнего в предыдущее положение и переключателем ×10 установить стрелку прибора на нуль.

5. Определить общее сопротивление магазина, соответствующее сопротивлению термистера. Отметить температуру по термометру.

6. Включить электроплитку. Помешивая воду в калориметре мешалкой, через каждые 5⁰определить сопротивление термистора. Для качественного выполнения работы рекомендуем в интервале 0-30⁰С выключать электроплитку за один градус до отсчета, а в интервале 30-50⁰С за два градуса. Согласно формуле (3) сопротивление термистора с ростом температуры уменьшается, поэтому на магазине резисторов переключателями с кратностью Х100 и Х1000 следует уменьшать его сопротивление, добиваясь равновесия моста при различных температурах. Результаты измерений занесите в таблицу 1.

Таблица 1

t,0C
T,K
1/T
R, Ом
lnR

Примечание. В данной работе компенсировать мост можно изменением с помощью ползунка реорхорда плечи, определяяR_Tпо формуле (10) для каждой температуры. При этомR_Мдолжно быть постоянным.

6. Построить график lnR=f(1/T) и определить ширину запрещенной зоны по формуле (6) или определить ее по формуле (7).