222

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МОРСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра «Математики, Фізики та Астрономії»

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 222

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОГО ОПОРУ НІХРОМОВОГО ДРОТУ

Одеса – 2017

2

ВСТУП

Ніхром метал, який представляє собою сплав нікелю і хрому, з високим питомим електричним опором, з якого виготовляють нагрівальні елементи електричних печей.

Найпростіше уявлення про проходження струму в металі полягає в наступному. У вузлах кристалічної решітки металу розташовані позитивні іони, які здійсніють невеликі коливання біля своїх положень рівноваги. Вільні електрони хаотично рухаються між іонами, утворюючи електронний «газ». У зовнішньому електричному полі виникає впорядкований рух електронів. Стикаючись з іонами, електрони передають їм частину кінетичної енергії, що призводить до збільшення енергії коливань іонів, тобто до нагрівання металів.

Класична теорія вільних електронів не змогла пояснити цілий ряд явищ: ефект Холла, явище надпровідності, термоелектричні явища і т.д., і є лише першим наближенням до дійсності.

Проходження струму в металах описує квантова теорія металів. Напрямком струму прийнято вважати напрямок руху позитивних зарядів.

де dq

час dt.

Якщо величина і напрямок струму I не змінюються з часом, струм називається постійним.

Закони постійного струму.

1. Опір R провідника залежить від його розмірів, форми і матеріалу,

де l довжина провідника, S площа його поперечного перерізу, питомий опір матеріалу провідника.

Найменші питомі опори у срібла ( Ar=1,6∙10-8 Ом∙м) та міді ( Cu=1,7∙10-8 Ом∙м).

Для даного матеріалу його питомий опір залежить від температури. У

а при паралельному

3

2. Закон Ома для ділянки кола. Якщо ділянка електричного кола однорідна, тобто не містить джерела струму, то

де R – опір ділянки, U= 1 2 напруга (різниця потенціалів, або падіння потенціалу) на його кінцях.

Будь-яке джерело струму (батарейка, акумулятор, генератор) характеризується електрорушійною силою (е.р.с.) і внутрішнім опором r.

Закон Ома для замкненого кола, що містить джерело струму,

R опір зовнішньоїї ділянки ланцюга.

Електрорушійна сила джерела струму чисельно дорівнює напрузі на його зажимах при розімкнутому ланцюзі.

3. Закон Джоуля-Ленца. Кількість теплоти dQ, що виділяється у

4. Правила Кірхгофа.

1-е правило: алгебраїчна сума струмів, що сходяться у вузлі ланцюга, дорівнює нулю:

При цьому струми, що входять у вузол, вважаються позитивними, а виходятьнегативними.

2-е правило: В будь-якому замкненому контурі ланцюга алгебраїчна сума добутків струмів ik на опору rk дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних

Тут також дотримуються правила знаків: струми, що йдуть уздовж обраного напрямку обходу контуру, вважаються позитивними, а ті що проти напрямку обходу негативними. Відповідно е.р.с., що діють за обраним напрямом обходу, вважаються позитивними, а проти напрямку обходу негативними.

4

Вимірювання опору за методом вольтметра-амперметра

Спосіб вимірювання опору R за методом вольтметра-амперметра заснований на законі Ома і полягає у визначенні опору по напрузі U і струму I через нього,

Можливі два способи включення вольтметра і амперметра: за схемою 1 та схемою 2 (рис. 1).

для отримання достовірного результату ця схема використовується, якщо шуканий опір значно перевищує опір амперметра (RX >>RA), тобто при вимірюванні великих опорів.

В цьому випадку справжня величина опору буде визначатися з рівняння

5

При вимірюванні за другою схемою позначимо відношення показників вольтметра і амперметра

а справжнє значення вимірюваного опору розрахуємо за формулою

X I X

Струм I через амперметр дорівнює сумі струмів через вольтметр і через вимірюваний опір

вимірюваний опір значно менше опору вольтметра (RX<< RV). Тому друга

ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОГО ОПОРУ НІХРОМОВОГО ДРОТУ

Мета роботи: визначення питомого опору ніхрому методом вольтметраамперметра.

Прилади: установка для визначення питомого опору, ніхромовий дріт.

6

Опис лабораторної установки.

Загальний вигляд установки зображений на рис. 3. Установка включає блок живлення 1, два нерухомих кронштейна 2 і 3, рухливий кронштейн 4. На стійці 5 нанесені мітки лінійки 6. Між нерухомими кронштейнами закріплений ніхромовий дріт 7. Рамка 8 вказує довжину вимірюваної ділянки дроту. Блок живлення включає трансформатор, змінна напруга з якого подається на діод, на виході якого формується постійна напруга.

Блок живлення містить також резистор, який регулює струм в ланцюзі, амперметр і вольтметр, шкали яких закріплені на зовнішній панелі блоку

живлення. Опір вольтметра RV=1975 Ом, опір амперметра RA=0,29 Ом. Діаметр ніхромового дроту d=0,34 мм.

Рис. 3. Загальний вигляд установки.

Порядок виконання роботи.

На початку роботи встановити рухливий кронштейн так, щоб довжина l вимірюваної ділянки дроту лежала в межах 35-50 см. Занести значення довжини l, діаметра d дроту, опору амперметра RA і опору вольтметра RV в таблицю 1.

Завдання 1. Вимірювання опору ділянки ніхромового дроту за схемою 1.

1.Включити кнопку "Мережа" на панелі приладу.

2.Встановити кнопки робіт в положення "В-А" (вольтметр амперметр) і «Сх1» (Схема 1).

3.Ручкою регулювання струму встановити будь-яке значення струму і записати показання вольтметра і амперметра в таблицю 2. Зняти покази амперметра і вольтметра при трьох різних значеннях струму.

Таблиця 2

1

2

3

R1ср

4. Визначити опір R1 ділянки дроту, згідно з формулою (17),

Завдання 2. Вимірювання опору за схемою 2.

1.Встановити кнопку перемикання схем в положення "Cх 2" (Cxема 2).

2.Провести вимірювання струму і напруги подібно завдання 1. Результати занести в таблицю 3.

Таблиця 3

3. Визначити опір R2 дроту, відповідно до рівняння (22),

Завдання 3. Визначення питомого опіру ніхрому. 1. Розрахувати питомий опір ніхрому за формулою

де 0=1,05.10-6 Ом∙м справжнє значення питомого опору ніхрому.

Контрольні питання

1.Як пов'язаний опір провідника з питомим опором? В яких одиницях вимірюється питомий опір, від чого залежить?

2.Сформулювати закони Ома для ділянки і для замкненого кола.

3.Записати закон Джоуля-Ленца, потужність струму.

4.Записати правила Кірхгофа. Пояснити розстановку знаків плюс і мінус в сумах.

5. У ланцюг включені послідовно мідний і сталевий дроти однакового діаметра і довжини. Знайти: а) відношення кількостей теплоти, що виділяються в цих дротах; б) відношення падінь напруги на цих дротах. Питомий опір міді м=1,7∙10-8 Ом∙м, сталі ст=12∙10-8 Ом∙м.

6. Знайти внутрішній опір і ЕРС джерела струму, якщо при силі струму 30 А потужність у зовнішньому ланцюзі дорівнює 180 Вт, а при силі струму 10 А ця потужність дорівнює 100 Вт.