Порядок виконання роботи та порядок розрахунків.
Мікрометром виміряти діаметр провідника d в трьох точках і знайти середнє значення. Розрахувати площу поперечного перерізу S.
Підключити провідник до джерела постійного струму. Задати стале значення сили струму I за допомогою реостату і записати це значення з показів амперметру в таблицю.
Виміряти напругу на провіднику U вольтметром в залежності від його довжини , яку вимірюємо за допомогою лінійки. Дані записуємо в таблицю.
Побудувати графічну залежність напруги U на провіднику від його довжини (дивіться рис. 3.8).
Переконавшись в тому, що ця залежність лінійна, знайти тангенс кута нахилу цієї залежності
.
Розрахувати середнє значення питомого опору провідника за формулою
.
(3.84)
Розрахувати середньоквадратичну похибку одержаної величини питомого опору
(3.85)
В цій формулі U, I – похибки відповідно вольтметра та амперметра (з метрологічної картки), Umin – найменше значення напруги при вимірюванні, яке відповідає найменшому значенню довжини провідника min, , d – відповідно похибки вимірювання довжини та діаметру провідника (за метрологічною карткою).
Записати в кінцевий результат середнє значення питомого опору провідника та його середньоквадратичну похибку.
Зробити висновки. Якщо відомий матеріал провідника, порівняти одержане значення з табличним.
Контрольні запитання.
Що називають електричним струмом та які умови його існування?
Визначте силу струму та густину струму. Як зв’язана густина струму зі швидкістю упорядкованого руху носіїв в провіднику?
Як визначаються електрорушійна сила та напруга?
Сформулюйте закони постійного струму (закони Ома для однорідної та неоднорідної ділянок кола, закон Джоуля – Ленца).
Як визначається опір провідника (ділянки кола)? Що таке питомий опір, питома електропровідність? Як залежить питомий опір від температури провідника ?
Сформулюйте закони Ома та Джоуля – Ленца у диференціальній формі.
Дайте формулювання правил Кірхгофа. Які існують правила знаків для застосування цих правил?
Сформулюйте закон Ома для ділянки кола. Охарактеризуйте кожну величину, що входить до цього закону.
Як залежить від розмірів провідника його опір?
Як залежить питомий опір провідника від температури?
Як в роботі визначається питомий опір провідника? Які вимірювання для цього проводять?
Лабораторна робота № 3.4 „Дослідження вольт – амперної залежності, потужності, температури нитки лампи розжарювання”.
Мета роботи: Експериментально дослідити залежності сили струму, потужності, температури нитки лампи розжарювання від напруги.
Об’єктом дослідження в даній роботі є лампа розжарювання. Нитка лампи виготовлена з вольфраму. Вольт – амперною залежністю називається залежність сили струму від напруги, тобто I(U). Опір провідника є коефіцієнтом пропорційності між напругою U та силою струму I в законі Ома для ділянки кола, тобто
(3.86)
Як відомо, для металевих провідників питомий опір збільшується лінійно з температурою t (в градусах Цельсія):
(3.87)
Величина a називається температурним коефіцієнтом опору, r0 – питомий опір при температурі 0 оС. Якщо знехтувати зміною лінійних розмірів провідника при нагріванні, тобто вважати його довжину та площу поперечного перерізу сталими, то для опору провідника можна записати температурну залежність, аналогічну (3.87):
(3.88)
Потужність в колі може бути визначена за формулою
(3.89)
У випадку змінної напруги в цю формулу треба підставляти дійсні (ефективні) значення. Підставляючи замість сили струму вираз з закону Ома, можна дістати таку формулу
(3.90)
В
даній роботі лампа розжарювання
підключається через амперметр до
автотрансформатора (регулятора напруги),
паралельно до якого підключений вольтметр
(схема на рис.3.9).
Регулюючи автотрансформатором, будемо послідовно подавати на лампу напруги від 100 В до 220 В. При збільшенні напруги буде збільшуватись розжарювання нитки лампи, отже, буде зростати опір провідника. Таким чином, вольт – амперна залежність в даному випадку буде нелінійна. Аналогічно розглядаючи функціональну залежність потужності від квадрату напруги на лампі, побачимо нелінійність цієї залежності.