3.3. Измерение сопротивлений

Для измерения сопротивления в данной работе используется метод вольтметра и образцовой меры, упоминавшийся в описании Лабораторной работы №2. Основой этого метода является формирование электрической цепи, когда неизвестное и образцовое сопротивления соединяются последовательно и измеряются падения напряжения на них.

1. Собрать цепь (рис. 3.4,б), где R_обр - известное сопротивление, R_х - неизвестное сопротивление.

2. Контакты 1-2 подключить к клеммам "Х". Измерить падение напряжения на R_х в соответствии с п. 6 "измерение напряжений".

3. Контакты 2-3 подключить к клеммам "Х", измерить падение напряжений на R_обр.

4. Так как ток через R_обр и R_х идет один и тот же, то величина R_{х определяется по формуле}

5. Провести измерения при разных положениях переключателя пределов. Вычислить ошибку измерений.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается метод компенсационных измерений?

2. Назовите достоинства компенсационного метода.

3. Что представляет собой нормальный элемент?

4. Объясните схему принцип действия потенциометра ПП-63.

Литература

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики, М.: Высшая школа, 1989.

2. Багинский А.В., Брагин О.А. Компенсационные методы измерений. Методическое пособие к лабораторным работам. Новосибирск: изд-во НГУ, 2006.

Лабораторная работа №4

КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В МЕТАЛЛАХ.

ГРАДУИРОВКА ТЕРМОПАРЫ

Цель работы: изучение физических процессов в контактах разнородных металлов, градуировка термопар в температурном интервале 300-380К.

Приборы и принадлежности: лабораторный макет, температурная ячейка, понижающий трансформатор, вольтметр переменного тока тип 434321, цифровой милливольтметр, термометр, термопары.

1. Краткая теория

В 1797 году Вольтой (A.Volta) было обнаружено, что при соприкосновении двух различных металлов между ними возникает разность потенциалов, получившая название контактной разности потенциалов. Вольта установил, что если несколько металлов привести в контакт друг с другом, то разность потенциалов между крайними металлами не будет зависеть от того, какими промежуточными металлами они разделены. Это положение получило название закона последовательных контактов Вольты. Рассмотрим физические процессы, происходящие на границе двух контактирующих металлов.

1.1. Контактная разность потенциалов

Приведем в тесный контакт два металла, как это показано на рис. 4.1. Каждый металл характеризуется своей концентрацией свободных электронов n и работой выхода A. При соприкосновении начнется переход электронов из одного металла в другой и обратно, однако преобладающее направление будет определяться величиной работы выхода и концентрацией носителей по обе стороны границы. Пусть для определенности A₁<A₂, n₁>n₂. Тогда преимущественным движением будет переход электронов из металла 1 в металл 2, приграничный слой металла 2 будет заряжаться отрицательно, металла 1 – положительно. В месте контакта возникает тонкий двойной электрический слой толщиной ~10^-8 см. Такое разделение зарядов эквивалентно появлению внутреннего источника э.д.с. с разностью потенциалов ε₁₂. Точные расчеты показывают, что контактная разность потенциалов может быть вычислена по формуле:

(4.1)

где k - постоянная Больцмана, T – абсолютная температура. Из ф. (4.1) следует, что величину ε₁₂ определяют различия в работах выхода электронов для двух металлов и различия в концентрациях электронов n₁ и n₂. Важно отметить, что контактная разность потенциалов является температурозависимой величиной, при повышении температуры ε₁₂ увеличивается.

Рис. 4.1. Возникновение контактной разности потенциалов

Если рассмотреть цепь, состоящую из нескольких металлов, то суммируя контактные разности потенциалов для каждого контакта ф. (4.1), легко показать, что за счет сокращений результирующая контактная разность определяется только крайними металлами цепи, что соответствует закону последовательных контактов Вольты.