Контрольні запитання

1. Сформулюйте та запишіть закон Ома для ділянки кола.

2. Від чого залежить опір металевого провідника ?

3. Чому для реохорда справедливе рівняння ?

4. Чому дорівнює опір при паралельному та послідовному з’єднанні резисторів?

5. Чому необхідно брати такий опір магазини опорів, щоб повзунок при вимірюванні розміщувався посередині реохорда?

Література: [1, §8.1 – 8.3, 9.4; 2.,§ 102 − 104, § 108 ]

Лабораторна робота ЕП 8

Вивчення залежності опору металів від температури та визначення термічного коефіцієнта опору

Мета та завдання роботи: дослідити залежність опору металів від температури; визначити за експериментальними даними температурний коефіцієнт опору; навчитися вимірювати опір провідників за допомогою мосту постійного струму.

Основні теоретичні відомості

Електричним струмом називають впорядкований рух заряджених частинок. Носіями зарядів при проходженні струму через різні провідники можуть бути електрони (електронна провідність), іони (іонна провідність). Можлива провідність змішана.

Експериментально доведено, що в металах носіями електричних зарядів є вільні електрони. Крім вільних електронів, у металах є позитивні іони, розташовані у вузлах кристалічних ґрат. Електрони провідності рухаються хаотично і стикаються з іонами, що коливаються у вузлах кристалічних ґрат металу. Але тепловий рух електронів не може викликати виникнення електричного струму. Щоб струм виник треба прикласти різницю потенціалів, створити всередені провідника електричне поле з напруженістю Е. Тоді на кожний електрон діятиме сила F = Ее (де е – заряд електронів). Під дією цієї сили вільні електрони почнуть рухатись впорядковано і виникне електричний струм.

Кількісною мірою електричного струму є сила струму І. Це скалярна величина, що чисельно дорівнює електричному заряду, який проходить через поперечний переріз провідника за 1 секунду:

І = . (ЕП 8.1)

Одиницею сили струму є 1 ампер [ І ]_сі = 1А (ампер).

Під час проходженяі струму через метали впорядкований рух електронів провідності накладається на хаотичний рух іонів, атомів та електронів. У результаті відбувається зіткнення та взаємодія електронів провідності з цими частинками. Цим пояснюється наявність опору при проходженні електричного струму через метали.

Тепловий (хаотичний) рух іонів, атомів та електронів стає інтенсивнішим при підвищенні температури, а це означає, що опір металів при збільшенні температури зростає. Отже, опір − це фізична величина, яка характеризує властивість провідника гальмувати впорядкований рух електронів.

Одиницею опору є 1 Ом; [ R ]_сі = 1 Ом .

Опір провідника при сталій температурі залежить від роду матеріалу та розмірів провідника:

R = ρ, (ЕП 8.2)

де − довжина провідника; S – поперечний переріз провідника; ρ – питомий опір провідника (не залежить від розмірів провідника).

Питомий опір − це скалярна фізична величина, яка чисельно дорівнює опору провідника завдовжки 1 м та площею поперечного перерізу 1 м²:

ρ = , (ЕП 8.3)

Одиницею вимірювання питомного опору є 1Ом·м; [ ρ ]_сі = 1 Ом м (ом · метр).

Експериментально встановлено, що опір металевого провідника з підвищенням температури в межах від Т₀= 273 К до Т = 373 К лінійно зростає :

R_т= R_о (1+α ΔT) (Еп 8.4)

де R _т − опір при температурі Т; R_о – опір при Т_о= 273 К (0°С); α – температурний коефіцієнт опору.

Температурний коефіцієнт опору α чисельно дорівнює відносній зміні опору провідника при його нагріванні на 1 кельвін:

α = . (ЕП 8. 5)

Одиницею вимірювання α є 1К ^–1 [α ] _сі = 1К ^–1 .

Для багатьох металів α ≈ К^-1 ≈ 0,004 К ^–1,

тоді

R_т = R α Т (ЕП 8.6)

Часто користуватуються шкалою Цельсія, тоді

R_t = R₀ (1+ α t), (ЕП 8. 7)

де t – температура за шкалою Цельсія.

Залежність (ЕП 8.7) можна використати для вимірювання температури. Якщо у піч помістити металеву спіраль з відомим опором R₀ і виміряти опір R_t , то можна визначити температуру печі. Цю особливість покладено в основу будови і принципу дії електричного термометра, який дає змогу вимірювати з великою точністю температуру того середовища, в якому він перебуває.

Прилади і обладнання: металевий дріт, нагрівна шафа, термометр, міст постійного струму.