Методика эксперимента
Характер зависимости сопротивления проводников от температуры определяется физической природой проводника. Проводники по проводимости делятся на две группы – первого и второго рода. В проводниках первого рода – металлах, прохождение электрического тока не связанно с переносом вещества. В проводниках второго рода – электролитах, электрический ток вызывает протекание химических реакций и перенос вещества.
Сопротивление металлов не полностью объясняется в рамках классической теории электропроводимости, базирующейся на понятии электронного газа. Зависимость сопротивления металлов от температуры может быть объяснена лишь в рамках квантовой теории электропроводимости, с учетом волновых свойств электронов.
Поскольку рассеяние электронов в кристаллической решётке металлов пропорционально температуре, следовательно сопротивление проводников также изменяется с изменением температуры. Характер этой зависимости описывается соотношением
,
(2.33)
где
– сопротивление при
С;
t
– температура проводника;
– температурный коэффициент сопротивления.
Для температур,
много меньших температуры плавления
металлов, соотношение (2.33) принимает
вид
,
отсюда
.
Наиболее простым методом измерения электрического сопротивления является метод моста Уитстона, принцип работы которого был описан в лабораторной работе №6.
Рассчитаем термический
коэффициент сопротивления
для любых значений температур. Для
этого, используя соотношения
и
,
получим выражение:
.
(2.34)
Порядок выполнения работы
Составить характеристику электроизмерительного прибора.
Установить термометр в термостат и измерить начальную температуру
.Нажимая кнопку, «грубо» изменяем значение сопротивление магазина сопротивлений и включенного в плечо моста Уитстона, устанавливаем стрелку нуль-гальванометра в нулевое положение. Затем нажимаем кнопку «точно», корректируя нулевое положение стрелки, определяем значение неизвестного сопротивления
.Подключить термостат к сети переменного тока 220 В и произвести замеры сопротивления
через каждые 10°С
до температуры 90°С.
Результаты измерений занести в таблицу
2.9.
Т а б л и ц а 2.9
to, C |
|
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
R, Ом |
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитать термический коэффициент α для всех значений температур по формуле (2.34).
По полученным данным построить на миллиметровке график зависимости сопротивления проводника R от температуры t.
Полученную кривую экстраполировать до пересечения с осью R и определить сопротивление металла при
,
(
).
Провести анализ полученных результатов.
Контрольные вопросы
1. Классическая теория электропроводимости металлов.
2. Зависимость сопротивления металлов от температуры.
3. В чем заключается принцип работы моста постоянного тока.
4. Вывести условие баланса моста Уитстона.