Контрольні запитання

1. Чому, вмикаючи електролітичний конденсатор у коло, треба враховувати його полярність?

2. Як впливатиме на час заряджання і розряджання конден­сатора зміна напруги джерела, зміна опору резистора?

Робота 6—10

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ОПОРУ МЕТАЛІВ І НАПІВПРОВІДНИКІВ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ

Варіант 1

ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЕФІЦІЄНТА ОПОРУ МІДІ

Обладнання: 1) прилад для вимірювання термічного коефіцієнта опору дротини; 2) склянка висока; 3) ампервольтомметр АВО-63; 4) термометр лабора­торний від 0 до 100 °С; 5) штатив для фронтальних робіт; 6) склянки з гарячою (50—60 °С) і холодною водою. 7) склянка з льодом або снігом; 8) комплект проводів з'єднувальних.

Зміст і метод виконання роботи

Повторіть: «Фізика-9», § 59.

Температурний коефіцієнт опору провідника a визначається відношенням

де R₀ — опір провідника при температурі 0 °С. R₁ — опір провід­ника прн температурі t °С, t — температура провідника.

Прилад (мал.1), який застосовують для визначення темпера­турного коефіцієнта опору міді, складається з котушки 1. Котушка — це картонний каркас 2, на якому намотано мідний ізольова­ний провід. Кінці провода виведено до затискачів 3, установлених на пластмасовій колодці 4. У цій самій колодці закріплено скляну пробірку, в яку вставлено каркас котушки. Зверху в колодці є отвір 5 для термометра, який вимірює температуру обмотки котушки. Вставляючи пробірку з котушкою в холодну і гарячу воду та вимірюючи опір котушки, можна обчислити температурний коефіцієнт опору міді.

Послідовність виконання роботи

1. Підготуйте в зошиті таку таблицю для записування резуль­татів вимірювань і обчислень:

№ досліду	t, °C	R, Oм	a, град-1	aср, град-1
1
2
3
4

2. Налийте в склянку води і охолодіть ЇЇ за допомогою льоду або снігу до 0 °С.

3. Складіть установку за мал. 2 спочатку без термометра. Закріпіть прилад у лапці штатива і, відпустивши затискач муфти, занурте пробірку з котушкою в склянку так, щоб котушка була у воді. У цьому положенні прилад закріпіть.

4. Перевірте і підготуйте ампервольтомметр для вимірювання опорів (шкала з множником 1).

5. Помістіть термометр в отвір колодки і стежте за його пока­зами. Коли температура котушки знизиться до 0 °С, виміряйте її опір R₀ ампервольтомметром.

6. Вийміть термометр і закріпіть прилад на штативі так. щоб котушка була над водою.

7. Замініть холодну воду гарячою і знову занурте пробірку з котушкою в склянку. Помістіть у пробірку термометр і стежте за зміною температури; коли вона встановиться, виміряйте опір котушки R₁. Дослід повторіть ще двічі при інших температурах (змішуючи гарячу і холодну воду).

8. Використавши результати першого досліду (0 °С і R₀) і трьох наступних (t, R_t), обчисліть для кожного досліду значення температурного коефіцієнта опору міді за формулою знайдіть його середнє значення.

9. Результати вимірювань і обчислень запишіть у таблицю.

Контрольні запитання

1. Що таке температурний коефіцієнт опору? Якими одини­цями його вимірюють?

2. Як залежить опір провідника від температури?

3. Як цю залежність можна подати графічно?

4. Який вигляд має графік залежності опору провідників від температури?

Варіант 2

ЗНІМАННЯ ТЕМПЕРАТУРНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОРЕЗИСТОРА

Обладнання: І) терморезистор на колодці; 2) омметр М-471 або ампер­вольтомметр АВО-63; 3) термометр лабораторний від 0 до 100 °С з поділками 1 °С; 4) нагрівник електричний; 5) склянка висока з льодом; 6) джерело електро­живлення для практикуму ИЭПП-1; 7) комплект проводів з'єднувальних.

Зміст і метод виконання роботи

Повторіть: «Фізика-9», § 77, 78, 82.

Терморезистор ММТ-1 (мал. 1), з яким виконують цю роботу, складається з спресованої і термічно обробленої суміші порошко­подібних оксидів металів. Він має форму циліндричного стержня 6 довжиною 12 мм і діаметром 2 мм. На кінці стержня надіто мета­леві ковпачки з виводами, а бічна поверхня покрита шаром емале­вої фарби. Виводи терморезистора припаяні до двох мідних дро­тин 5; кінці дротин підведено до двох гвинтових затискачів /, закріплених на пластмасовій панелі 2. В середині панелі зроблено отвір, в який вставлено картонну трубку 4, на верхній кінець труб­ки надіто гумове кільце 3, а на кільце — скляну пробірку 7.

У цій роботі треба виміряти опір терморезистора за різних температур і побудувати графік залежності його опору від темпе­ратури.

Послідовність виконання роботи

1. Підготуйте в зошиті таку таблпцю для записування резуль­татів вимірювань І обчислень:

Температура t, "С	0	10	20	ЗО	40	50	60	70
Опір R, Ом

2. Складіть установку, зображену на мал. 2. У склянку з водою і танучим льодом занурте електричний .нагрівник і про­бірку з терморезистором. У пробірку вставте термометр, до за­тискачів терморезистора під'єднайте омметр з множником 100, а до електричного нагрівника — джерело електроживлення ИЭПП-1 (до затискача ~12 або ~36 В; останні розміщені на зворотному боці приладу).

3. Виміряйте початкову тем­пературу терморезистора (вона дорівнює температурі води в склянці) і його початковнй опір.

4. Увімкніть електричний нагрівник і нагрівайте воду в склянці до 70 °С.

5. При температурі 10, 20, ЗО °С і т.д. виміряйте опір термо­резистора. Результати змірювань запишіть у таблицю.

Примітка. За показами приладів треба спостерігати удвох: один записує покази термометра, а другий - одночасно знімає покази омметра.

б. За даними таблиці побудуйте графік залежності опору терморезистора від температури. По осі абсцис відкладіть темпе­ратуру, а по осі ординат — опір.

Контрольні запитання

1. Як залежить опір терморезистора від температури?

2. У скільки разіз змінився опір терморезистора, якщо він нагрівся від 0 до 70 °С

3. Чи однаково змінюється опір терморезистора в різних інтер­валах температур?

4. Швидко чи повільно треба нагрівати воду в склянці, щоб побудувати точніший графік залежності опору терморезистора від температури?

5. Як, користуючись терморезистором, омметром і побудова­ним графіком, виміряти невідому температуру води в склянці? і Виконайте дослід і його результати перевірте термометром.

Лабораторна робота № 1

ВИМІРЮВАННЯ ІНДУКТИВНОСТІ КОТУШКИ

Варіант 1

ВИМІРЮВАННЯ ІНДУКТИВНОСТІ КОТУШКИ ЗА ЇЇ ЕРС САМОІНДУКЦІЇ

Обладнання: 1) котушка дросельна індуктивністю 1 Гн; 2) котушка від розбірного трансформатора на 220В; 3) міліамперметр на 50 мА; 4) мікроамперметр на 100 мкА; 5) діод Д226; 6) джерело електроживлення для практи­куму ИЭПП-1; 7) ключ замикання струму; 8) резистор 5 кОм; 9) комплект про­водів з'єднувальних.

Зміст і метод виконання роботи

Повторіть: «Фізика-9», § 96.

Повний магнітний потік Ф у котушці прямо пропорційний індуктивності котушки L і силі струму I у її обмотці:

(1)

Тому індуктивність котушки L можна визначити за зміною маг­нітного потоку ∆Ф при зміні сили струму ∆I в котушці:

(2)

Якщо магнітний потік змінюється, то в котушці виникає ЕРС самоіндукції, прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку:

(3)

Якщо під'єднати до кінців котушки мікроамперметр і послідов­но з ним напівпровідниковий діод у зворотному напрямі відносно полярності джерела струму (мал. 1), то сила струму в колі мікро-амперметра буде дуже мала. Якщо котушку від'єднати від джерела струму, то ЕРС само­індукції прикладена до діода в прямому напрямі і створює струм самоіндукції I_c у колі мікроамперметра. Добуток сили струму самоіндукції I_c на інтер­вал часу ∆t дорівнює заряду ∆q, який проходить у колі:

(4)

За законом Ома для повного кола ЕРС самоіндукції дорівнює добутку сили струму I_c на повний електричний опір кола R:

. (5)

З виразів (3) і (5) випливає рівність

(6)

з якої, використавши формули (4) і (2), дістаємо вирази для зміни магнітного потоку ∆Ф і для індуктивності L котушки:

(7)

(8)

Якщо час ∆t проходження струму через мікроамперметр значно менший від періоду коливань його стрілки, то максимальне від­хилення стрілки в досліді пропорційне заряду ∆q, що проходить через прилад. Маючи еталонну котушку з відомою індуктивністю L₁, можна визначити індуктивність L₂ з другої котушки,

вимірявши зміни сили струму ∆I₁ і ∆I₂, які спричинюють однакові відкиди стрілки приладу.

Послідовність виконання роботи

1. Використовуючи дросельну котушку L1 з відомою індуктив­ністю L₂, яка дорівнює 1 Гн, складіть електричне коло за схемою, яку подано на малюнку.

Застереження. Особливу увагу зверніть на полярність вмикання діода Д! Якщо вчитель не перевірив правильності складання схеми, ключ не замикайте!

2. Після перевірки схеми вчителем замкніть ключ К. Змінюючи напругу, яка подається на котушку, встановіть у ній таку силу струму /і, щоб при від'єднанні котушки від джерела струму, стріл­ка мікроамперметра відкидалась на всю шкалу.

3. Замініть у схемі дросельну котушку котушкою від розбір|| ного трансформатора на 220 В невідомої індуктивності Ьч. Вимід ряйте силу струму /з в котушці, яка забезпечує такий самий від|| кид стрілки мікроамперметра при розмиканні кола, як і в досліді з першою котушкою. При однакових відкидах стрілки через мікро­амперметр у першому і другому дослідах проходить однаковий заряд Д<7. У цьому разі при однаковому повному електричному^

опорі /? кола індуктивність ^а другої котушки можна визначити^ з виразу (8): я

/-,Д/)==Д<7/?=^2Д/2, ^{^}^^:=-^{^}^——• (^

Зміни сили струму в "колі при розмиканні дорівнюють відповідно

Д/1 ==/і І Д/2==/2.

Щоб повний електричний опір К кола був приблизно однако­вий в обох дослідах, послідовно з котушкою і мікроамперметром вмикають резистор з електричним опором, який значно більший від опору першої і другої котушок.

Контрольні запитання

1. Яка причина виникнення електричного струму в колі мікро­амперметра при від'єднанні котушки від джерела струму?

2. Яке призначення діода, в колі мікроамперметра?

3. Від яких параметрів залежить індуктивність котушки?

4. Чому в схемі, яку використовували для дослідів, треба точно додержувати полярності вмикання діода? .. '.

5. Для чого послідовнр з котушкою і мікроамперметром вми­кають резистор?

В а р і а н т 2

^ ВИМІРЮВАННЯ ІНДУКТИВНОСТІ КОТУШКИ ЗА ЇЇ ОПОРОМ ЗМІННОМУ СТРУМУ

Обладнання: 1) котушка дросельна КД; 2) джерело електроживлення для практикуму ИЗПП-1; 3) ампервольтомметр АВО-63; 4) міліамперметр змін­ного струму на 50 мА; 5) ключ замикання струму; 6) комплект проводів з'єдну­вальних.

Зміст і метод виконання роботи

Повторіть: «Фізика-9», § 96, «Фізика-10», § 16. Один із способів вимірювання індуктивності котушки грунту­ється на тому, що дросельна котушка, увімкнута в коло змінного струму, крім активного опору /?, який визначається матеріалом, розмірами і температурою дротини, створює додатковий опір X/, який називають індуктивним. Числове значення цього опору про­порційне індуктивності І. і частоті коливань v, тобто

Хі==2лх1.. ' . (1)

Якщо К мале порівняно з Х^, то значенням У? можна знехтувати. Тоді Ь наближено дорівнюватиме

^{^}=&• (²)

За законом Ома Х^ = —, тому

^Ь- (³)

Отже, щоб виміряти індуктивність котушки, треба знайти напругу на затискачах котушки, силу струму в ній і частоту змінного струму. Частота v = 50 Гц.

Послідовність виконання роботи ^

Підготуйте в зошиті таку таблицю для записування резуль­татів вимірювань і обчислень:

й, в
/,мА

2. Виміряйте за допомогою ампервольтомметра активний опір дросельної котушки.

3. Складіть електричне коло за схемою, яку зображено на мал,1. Послідовно з'єднайте котушку, міліамперметр, ключ і дже­рело змінного струму (затискачі джерела електроживлення з позначенням «^»). Паралельно котушці під'єднайте вольтметр' (ампервольтомметр) з границею 50 В змінного струму. Замкнувши,;

ключ, установіть за допомогою регулятора випрямляча напругу,' наприклад 10 В, і виміряйте силу струму /. Повторіть вимірювання^ при інших значеннях напруг, наприклад: 5, 12 В. Результати вимірювань запишіть у таблицю. ^

4. Обчисліть індуктивний опір котушки і переконайтесь, щов він більший від /? і не залежить від напруги, й

5. Обчисліть індуктивність котушки за формулою (3). 1

Додаткове завдання ;

Внесіть у котушку залізне осердя і повторіть дослід. По­рівняйте індуктивність котушки без осердя і з осердям, зробіть. висновок.

Контрольні запитання

1. Чому для постійного струму котушки мають малий опір,;

а для змінного — великий?

2. Чому індуктивний опір ко­тушки зростає, якщо всередину неї внести залізне осердя?

3. Якщо розімкнути коло з ін­дуктивністю, то в місці розриву і виникає дуга. Чому? "І

4. Як зміниться індуктивний^] опір котушки, коли збільшиться^ частота змінного струму?