Лабораторна робота №37 перевірка закону ома і визначення питомого опору провідника

Мета роботи: дослідити залежність сили струму в провіднику від різниці потенціалів на його кінцях і на основі експериментальних даних визначити питомий опір провідника.

Прилади: лабораторний стенд №37. Амперметр, вольтметр, джерело струму, реостат.

1. Теоретичні відомості.

Згідно експериментального закону Ома сила струму І в однорідному металічному провіднику пропорційна різниці потенціалів U на кінцях цього провідника і обернено пропорційна величині R, яка називається електричним опором провідника.

. (37.1)

Це закон Ома для ділянки кола, де відсутні сторонні сили, тобто сили неелектричної природи. В такому випадку ділянку кола і сам провідник даної ділянки кола називають однорідним. З закону Ома встановлюється одиниця опору – 1 Ом.

1 Ом – опір такого провідника, в якому при різниці потенціалів 1 В на його кінцях, протікає струм силою 1А.

Опір провідника визначається через геометричні розміри співвідношенням

, (37.2)

де – довжина провідника; S – площа поперечного перерізу; - питомий опір провідника. З (37.2) випливає, що при =1м та S=1 м² питомий опір чисельно дорівнює R, тобто:

питомий опір провідника чисельно дорівнює опору провідника з даного матеріалу одиничної довжини та одиничної площі поперечного перерізу.

У системі СІ питомий опір провідника вимірюється в Омм. Величина, обернено пропорційна питомому опору, називається питомою провідністю і позначається  (сигма).

. (37.3)

Для нескінченно малого елемента провідника, в межах якого питома провідність є однаковою, закон Ома записується в диференціальній формі:

(37.4)

Така форма запису зв’язує диференціальні величини, тобто величини, що відносяться до нескінченно малого об’єму, який стягується в точку.

Вектор густини струму^ в даній точці провідника пропорційний вектору напруженості електричного поля у цій же точці провідника. Коефіцієнтом пропорційності є питома провідність провідника в даній точці.

Електричний струм в металах зумовлений рухом вільних електронів. Згідно уявлень класичної фізики вільні електрони в металі можна розглядати, як ідеальний газ. В зовнішньому електричному полі на хаотичний (тепловий) рух електронів накладається впорядкований, тобто виникає електричний струм. Класична електронна теорія провідності металів дає вивід закону Ома в диференціальній формі (37.5)

, (37.5)

з якого питома провідність σ визначається виразом (37.6)

(37.6)

де n₀-концентрація електронів; <> - середня довжина їх вільного пробігу; <v> - середня швидкість хаотичного руху електронів; m_e- маса електрона; е – його заряд.

Класична фізика лише в першому наближенні пояснювала провідність металів і приводила до ряду висновків, які суперечили експериментальним даним. Вихід із утруднень вказала квантова фізика.