ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НИХРОМОВОЙ ПРОВОЛОКИ

Цель работы: определение удельного сопротивления нихромовой проволоки при комнатной температуре.

Приборы и принадлежности: установка ФПМ 01.

Методика эксперимента

Известно, что сила тока на участке электрической цепи равна I, сопротивление этого участка R и падение напряжения U, на этом участке, связаны законом Ома: (2.26)

Сопротивление проводника зависит: от материала, из которого изготовлен проводник (от удельного сопротивления ρ), его длины l и площади поперечного сечения S. Эта зависимость представлена соотношением:

R = ρ (2.27)

Физическая природа электрического сопротивления проводников, в частности металлов, наглядно объясняется на основе классической теории электропроводности металлов, базирующейся на понятии электронного газа. Сопротивление металлов обусловлено столкновениями электронов с узлами и дефектами кристаллической решетки проводника.

Зависимость сопротивления проводников от температуры не может быть объяснена в рамках только классической теории электропроводности металлов. Такое объяснение может быть дано лишь на основе квантовой теории электропроводности металлов, с учетом волновых свойств электронов.

В настоящей работе для определения сопротивления проводников используется установка ФМП 01. На схемах 1 и 2 представлены различные способы подключения вольтметра:

Определение удельного сопротивления проволоки сводится к измерению сопротивления заданного участка проволоки R_пр. с помощью амперметра и вольтметра, измерению его длины l и вычислению площади ее поперечного сечения S.

Согласно закону Ома для участка цепи:

. (2.28)

Полученное значение сопротивления R представляет собой сумму последовательно соединенных, неизвестного сопротивления R_х и сопротивления миллиамперметра R_mA:

R = R_x + R_mA (2.29)

При параллельном соединении неизвестного сопротивления и сопротивления вольтметра R_V, неизвестное сопротивление R_X определяется соотношением:

(2.30)

Таким образом, определив по соотношению (2.28) общее сопротивление электрической цепи R, и зная сопротивления миллиамперметра R_mA и вольтметра R_V, можно, используя соотношения (2.29) и (2.30), рассчитать неизвестное сопротивление R_X для различных схем включения.

Определив неизвестное сопротивление R_X, и воспользовавшись соотношением (2.27) можно определить удельное сопротивление проводника:

(2.31)

Длина проволоки l определяется по линейке прибора, площадь поперечного сечения проволоки диаметром d равна . Расчетная формула для удельного сопротивления примет вид:

(2.32)

Порядок выполнения работы

1. Установить подвижный контакт, с помощью которого изменяется длина нихромовой проволоки, в среднее положение.

2. В таблицу измерений и вычислений занести длину и диаметр проволоки, параметры измерительных приборов, сопротивление амперметра и вольтметра.

3. Включить кнопку “сеть” на лицевой панели прибора. При этом должна загореться индикаторная лампочка.

4. Кнопки на передней панели прибора поставить в положение В-А и схема.1.

5. Ручкой “регулировка тока” установить значение 50 мА.

6. Измерить напряжение, занести показания амперметра и вольтметра в таблицу.

7. Ручкой “регулировка тока” установить значение сначала 100 мА, затем 150 мА.

8. Для каждого случая измерить напряжение, занести показания миллиамперметра и вольтметра в таблицу 2.7.

9. Кнопку на передней панели прибора поставить в положение схема 2.

10. Выполнить пункты 5-8 для схемы 2. Записать в таблицу 2.8.

11. Используя формулы (2.28) – (2.31) вычислить значения удельного сопротивления.

12. Рассчитать среднее значение удельного сопротивления.

13. Рассчитать абсолютную и относительную погрешность измерений.

14. Сравнить полученный результат с табличным, сделать вывод по результатам исследования.

Т а б л и ц а 2.7

Измерения и вычисления для схемы 1

Т а б л и ц а 2.8

Измерения и вычисления для схемы 2