Мета роботи: дослідним шляхом визначити температурний коефіцієнт опору міді

1. Мета роботи: дослідним шляхом визначити температурний коефіцієнт опору міді

2. Прилади і обладнання:

Електроплитка;

Термометр (до 100 0С);

Посуд з водою;

Прилад для визначення температурного коефіцієнту опору міді

(котушка з намотаним на неї мідним провідником, що знаходяться у скляній колбі);

Амперметр;

Вольтметр;

Вмикач;

З’єднувальні провідники - 6 шт.

Загальні теоретичні положення

Електричний струм у металі – це впорядкований рух вільних зовнішніх його електронів по провіднику під дією електричного поля. Метали мають кристалічну решітку, в вузлах якої знаходяться позитивно заряджені іони, між якими рухаються вільні зовнішні електрони. Позитивно заряджені іони лише коливаються навколо власних положень рівноваги і не пересуваються у металі під впливом електричного поля. Атом, що втратив кілька власних зовнішніх електронів стає позитивним іоном. Електрони, що створюють електричний струм, під час руху частково стикаються та взаємодіють з іонами кристалічної решітки, що затримує їх рух. Тому вважають, що з боку метала існує опір R до впорядкованого руху електронів.

При збільшенні температури t металевого провідника його позитивні іони, що знаходяться в вузлах кристалічної решітці, збільшують інтенсивність коливань, що призводить до зростання кількості зіткнень їх з електронами провідності. Тому опір металевого провідника R зростає при збільшенні температури t. І, навпаки, опір металевого провідника різко зменшується при зменшенні температури до малих значень (T → 0 K або

t → - 273,15 0С). В останньому випадку виникає явище надпровідності, коли сила струму різко зростає.

Якщо при початковій температурі t0 опір провідника - R0, а при температурі t він дорівнює - R, то відносна зміна опору прямо пропорційна ∆tº:

, (1)

де α – температурний коефіцієнт опору металу, який різний у різних металів. Він характеризує залежність опору провідника при його нагріванні на 1 0С;

∆t – зміна температури, 0С;

R0 – опір при температурі t0, Ом;

R – опір при температурі t, Ом.

Якщо інтервал зміни температури невеликий, то температурний коефіцієнт можна вважати сталим. Оскільки він не змінюється, то графічна залежність R(t) має вигляд прямої:

Малюнок 1 – Графік залежності опору металевого провідника від температури.

Зміну опору металевого провідника з підвищенням температури треба враховувати при створенні нагрівальних пристроїв.

Якщо замкнути коло, то при початковій температурі t0, що дорівнює температурі навколишнього середовища, за законом Ома для ділянки кола опір обчислюється за формулою 2:

, (2)

де R0 – опір зовнішньої ділянки при температурі t0, Ом;

U0 – напруга при температурі t0, В;

I0 – сила струму при температурі t0, А;

При температурі t опір мідного провідника буде:

, (3)

де R – опір зовнішньої ділянки при температурі t, Ом;

U – напруга при температурі t, В;

I – сила струму при температурі t, А.

З формули 1 визначаємо температурний коефіцієнт опору металу:

, (4)

Порядок виконання роботи

Накресліть електросхему, що зображена на малюнку 2 та складіть її:

Малюнок 2 – Схема електричного кола

Перевірити надійність електричних контактів, правильність вмикання амперметра і вольтметра;

Визначити ціну поділки амперметра, вольтметра та термометра;

Виміряти температуру повітря - t˚0. Замкнути коло, виміряти силу струму у цепі і напругу на кінцях мідного провідника;

Занурити прилад з мідним провідником у посудину з гарячою водою. Через декілька секунд, після теплової рівноваги, виміряти температуру води у посудині, напругу і силу струму;

Дослід повторити три рази;

Результати вимірювань записати у таблицю 1;

Таблиця 1 – Результати вимірювань та обчислень

№	t0, 0С	U0, B	I0, A	t, 0С	U, B	I, A	α, 0С-1	<α>, 0С-1

, (6)

де <α> - це середнє значення температурного коефіцієнта опору міді (Cu);

Порівняти <α> з табличним значенням αтабл довідника.

(Використовуйте таблицю температурного коефіцієнту опору різних речовин, наприклад, у довіднику з фізики А.С. Єхоновича, 1990 року видання на сторінці 176). αтабл (Cu) = 0,0043 0С - 1.

Результати записати у вигляді:

, (7)

де =αтабл - <α>

Контрольні запитання

Чому зі зміною температури змінюється опір провідника?

На скільки градусів ∆t нагріли мідний провідник, якщо його опір збільшився удвічі? (Використовуйте формулу 1 та співвідношення R = 2R0)

Поясніть, чому з підвищенням температури металевого провідника при постійній напрузі його потужність зменшується.

Чи буде залишатися постійною підіймальна сила електромагніта, якщо він працює дуже довго без перерви? Чому?

З якого матеріалу повинен бути виготовлений провідник, щоб він був найменш чутливим до зміни температури? (Використовуйте таблицю температурного коефіцієнту опору різних речовин, наприклад, у збірнику задач і запитань Р.А. Гладковой, 1988 року видання на сторінці 381)

Висновки

Оформлення звіту

Лабораторна робота № 10 (2 години)

Тема: Визначення заряду електрона