Электричество. Лабораторный практикум

2.Ключ К1 поставьте в нейтральное положение.

3.Включите в сеть источник постоянного тока ε. Если он регу-

лируемый, установите напряжение 3÷5 В.

4. Ключом К1 включите в цепь элемент εx . Замыкая на очень

короткое время ключ К и перемещая подвижный контакт c , добейтесь отсутствия тока через гальванометр. Запишите в таблицу зна-

чение lx .

5. Ключом К1 включите в цепь элемент ε0 . Замыкая на очень

короткое время ключ К и перемещая подвижный контакт c , добейтесь отсутствия тока через гальванометр. Запишите в таблицу зна-

чение l0 .

6. Повторите измерения (пп. 4–5) не менее 10 раз.

	7. Рассчитайте значения εx = ε		lx	для каждого измерения,
		0 l0

среднее значение εx , абсолютную и относительную погрешности.

№ измерения	lx , см	l0 , см	εx , В	εx , В

1

M

10

Среднее

8. Запишите ответ. Сформулируйте выводы по ответу.

Вопросы и задания для контроля

I уровень

1.Что такое электрический ток и что является его количественной мерой?

2.Что называется плотностью электрического тока?

3.Что такое линии тока и как они проводятся?

4.В каких единицах в системе СИ измеряется сила тока?

5.Как в системе СИ определяется сила тока в один ампер?

6.Запишите закон Ома для замкнутой неоднородной цепи.

41

7.Каким прибором измеряется напряжение? Как он подключается? Какую величину внутреннего сопротивления должен иметь этот прибор?

8.Каким прибором измеряют силу электрического тока? Как он подключается? Какую величину внутреннего сопротивления должен иметь этот прибор?

9.Для чего в работе используется нормальный элемент Вестона?

II уровень

10.Каковы условия существования тока в электрической цепи?

11.Какова связь ЭДС, действующей в замкнутой цепи, с вектором напряженности поля сторонних сил?

12.Какие превращенияэнергии происходят вэлектрической цепи?

13.Почему метод измерения ЭДС называется компенсационным? В чем физическая сущность метода?

14.На что расходуется работа сторонних сил при протекании тока по замкнутой цепи?

15.Совершает ли работу электрическое поле при протекании тока по замкнутой цепи?

III уровень

16. Сопротивление R1 = 5 Ом, вольтметр и источник тока соединены параллельно. Вольтметр показывает напряжение U1 = 19 В. Если заменить сопротивление R1 на R2 = 12 Ом, то вольтметр показывает напряжение U2 = 12 В. Определить ЭДС источника тока и его внутреннее сопротивление. Током через вольтметр пренебречь

17. ЭДС батареи ε = 100 В, сопротивления R1 = 100 Ом, R2 = 200 Ом и R3 = З00 Ом, сопротивление вольтметра RV = 2 кОм. Какую разность потенциалов показывает вольтметр?

18. ЭДС батареи ε= 12 В. При силе тока I = 4 A КПД батареи η = 0,6. Определить внутреннее сопротивление r батареи.

42

Лабораторная работа 2.4 «Изучение зависимости напряжения на зажимах, мощности

и КПД источника от внешнего сопротивления и силы тока»

Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником (Савельев, т.2, §§ 24–28).

Цель работы — выработать навыки проведения эксперимента, анализа экспериментальных данных и расчета погрешностей измерений..

Задачи работы:

1)закрепить знания законов постоянного электрического тока.

2)экспериментальное изучить зависимости:

3)напряжения на зажимах источника от внешнего сопротивления и тока;

4)полезной мощности от внешнего сопротивления и тока;

5)КПД источника от внешнего сопротивления и тока.

Вопросы для допуска к лабораторной работе

1.Какой участок цепи называется однородным?

2.Сформулируйте и запишите закон Ома для однородного участка цепи.

3.Какой участок цепи называется неоднородным?

4.Сформулируйте и запишите закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС (обобщенный закон Ома).

5.Что такое электрическое сопротивление, в каких единицах оно измеряется? Что такое резистор?

6.Какие приборы используются для измерения напряжений и токов в электрических цепях?

Методика и порядок измерений

Для источника с ЭДС, равной ε, и внутренним сопротивлением r в замкнутой цепи при изменении внешнего сопротивления R от нуля до бесконечности, напряжение на зажимах источника будет меняться от нуля до максимального значения, равного ЭДС источника.

Полная мощность источника, то есть работа, совершаемая сто-

ронними силами за единицу времени, равна P = εI =	ε2	.
ист	R +r
43

Во

внешней

цепи

выделяется

мощность

P = PI 2 = εI − rI 2 = ( ε+2 R)2 .

R r

Рисунок 17 — Зависимость мощности источника Pист, мощности во внешней цепи P и КПД источника η от силы тока

	Отношение η=	P , равное η=		P	=1	− rl	=	R	, называется
				Pист				R = r
		Pист				ε

коэффициентом полезного действия источника.

На рисунке 17 графически представлены зависимости мощности источника Pист , полезной мощности P, выделяемой во внешней цепи, и коэффициента полезного действия η от тока в цепи I для источника с ЭДС, равной ε, и внутренним сопротивлением r. Ток в цепи может изменяться в пределах от I = 0 (при R = ∞) до

ε

I = Iкз = r (при R = 0).

44

Из приведенных графиков видно, что максимальная мощность

во внешней цепи Pmax , равная	P	=	ε	2	, достигается при R = r.
	max		4r

При этом ток в цепи Imax = 12 Iкз = 2εr , а КПД источника равен 50 %.

Максимальное значение КПД источника достигается при I → 0, т. е. при R → ∞. В случае короткого замыкания полезная мощность P = 0 и вся мощность выделяется внутри источника, что может привести к его перегреву и разрушению. КПД источника при этом обращается в нуль.

Измерения

1. Ознакомьтесь с принципиальной схемой лабораторной установки, проверьте правильность ее сборки (рисунок 18).

Рисунок 18 — Принципиальная схема и общий вид лабораторной установки:

ε— исследуемый источник тока, R — реостат, В — вольтметр,

А— амперметр

2.Включите в сеть источник постоянного тока ε. Если он регулируемый, установите напряжение по указанию преподавателя.

3.Изменяйте сопротивление реостата в соответствии с рекомендациями преподавателя, записывая при этом показания амперметра

ивольтметра в таблицу.

45

4. Закончив измерения, рассчитайте соответствующие значения

R = UI и P = IU .

5. Выберите два значения тока I1 и I2 , существенно отличающихся друг от друга, и определите внутреннее сопротивление (r) и ЭДС (ε) источника, решив систему уравнений:

U		= ε−I r;
.	1	1	r.
U	2	= ε−I
		2
6. Рассчитайте значения КПД источника η=				R	в каждой

R + r

точке.

7. По полученным данным, постройте графики зависимостей:

• напряжения от сопротивления;

• напряжения от силы тока;

• полезной мощности от сопротивления;

• полезной мощности от силы тока;

• КПД от сопротивления

• КПД от силы тока.

8. Сравните рассчитанное значение ЭДС с максимальным измеренным напряжением, рассчитанное значение внутреннего сопротивления с определенным по графику P (R) для источника с ЭДС,

равной ε, и внутренним сопротивлением r.

Таблица

№ измерения	U , В	I , А	R , Ом	P , Вт	η
1

M

15

9. Запишите ответ. Сформулируйте выводы по ответу.

46

Вопросы и задания для контроля

I уровень

1.Как практически измерить напряжение и силу тока на участке цепи?

2.Каким образом могут соединяться проводники в электрических цепях?

3.Как определить общее сопротивление цепи при последовательном соединении проводников?

4.Как определить общее сопротивление цепи при параллельном соединении проводников?

5.Что такое ток короткого замыкания и от чего зависит его величина?

6.Как избежать разрушительного действия тока короткого замыкания?

7.Что такое вольтамперная характеристика (ВАХ)? Приведите примеры ВАХ. Все ли материалы и устройства подчиняются закону Ома?

8.Сформулируйте и запишите формулу закона Джоуля–Ленца.

9.Что такое работа и мощность электрического тока? В каких единицах они измеряются?

10.Дайте определение полезной мощности и коэффициента полезного действия (КПД) электрической цепи.

II уровень

11.Изобразите схематически электрические цепи при работе источника тока в различных режимах — «холостого хода», работы на нагрузку и короткого замыкания.

12.Получите выражение для КПД электрической цепи.

13.За счет каких сил совершается полезная работа при движении зарядов по замкнутой цепи?

14.При каком внешнем сопротивлении от источника тока можно получить максимальную полезную мощность?

III уровень

15.Выведите выражение для определения величины внешнего сопротивлении, при котором от источника ЭДС можно получить максимальную полезную мощность.

16.ЭДС элемента равен 1,6 В и внутреннее его сопротивление — 0,5 Ом. Чему равен КПД элемента при силе тока 2,4 А?

47

3.Электрический ток в металлах

иэлектролитах

Краткая теория

Электрический ток в металлах

Электрический ток в металлах — это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

Наиболее убедительное доказательство электронной природы тока в металлах было получено в опытах с проявлением сил инерции электронов. Идея таких опытов и первые качественные резуль-

таты принадлежат русским	физикам	Л. И. Мандельштаму и
Н. Д. Папалекси (1913 г.). В	1916 году	американский физик

Р. Толмен и шотландский физик Б. Стюарт усовершенствовали методику этих опытов и выполнили количественные измерения, неопровержимо доказавшие, что ток в металлических проводниках обусловлен движением электронов.

Схема опыта Толмена и Стюарта показана на рисунке 19. Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру Г. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся по отбросу стрелки гальванометра.

При торможении вращающейся катушки на каждый носитель заряда e действует

тормозящая сила	F = −m dυ , которая игра-
Рисунок 19	dt

ет роль сторонней силы, то есть силы не-

48

электрического происхождения. Сторонняя сила, отнесенная к единице заряда, по определению является напряженностью Eст поля сторонних сил:

Eст = −me ddtυ .

Следовательно, в цепи при торможении катушки возникает электродвижущая сила:

ε=Eстl =− me ddtυl ,

где l — длина проволоки катушки. За время торможения катушки по цепи протечет заряд:

q = ∫Idt = R1 ∫εdt =me lυR0 ,

где I — мгновенное значение силы тока в катушке, R — полное сопротивление цепи, υ0 — начальная линейная скорость проволоки.

Удельный заряд e / m свободных носителей тока в металлах: me = lRqυ0 .

Все величины, входящие в правую часть этого соотношения, можно измерить. На основании результатов опытов Толмена и Стюарта было установлено, что носители свободного заряда в металлах имеют отрицательный знак, а отношение заряда носителя к его массе близко к удельному заряду электрона, полученному из других опытов. Так было установлено, что носителями свободных зарядов в металлах являются электроны.

Хорошая электропроводность металлов объясняется высокой концентрацией свободных электронов, равной по порядку величины числу атомов в единице объема.

Предположение о том, что за электрический ток в металлах ответственны электроны, возникло значительно раньше опытов Толмена и Стюарта. Еще в 1900 году немецкий ученый П. Друде на основе гипотезы о существовании свободных электронов в метал-

49

лах создал электронную теорию проводимости металлов. Эта теория получила развитие в работах голландского физика Х. Лоренца и носит название классической электронной теории. Согласно этой теории электроны в металлах ведут себя как электронный газ, во многом похожий на идеальный газ. Электронный газ заполняет пространство между ионами, образующими кристаллическую решетку металла (рисунок 20).

Рисунок 20

Из-за взаимодействия с ионами электроны могут покинуть металл, лишь преодолев так называемый потенциальный барьер. Высота этого барьера называется работой выхода. При обычных (комнатных) температурах у электронов не хватает энергии для преодоления потенциального барьера.

Как ионы, образующие решетку, так и электроны участвуют в тепловом движении. Ионы совершают тепловые колебания вблизи положений равновесия — узлов кристаллической решетки. Свободные электроны движутся хаотично и при своем движении сталкиваются с ионами решетки. На рисунке 20 показана траектория одного из электронов. В результате таких столкновений устанавливается термодинамическое равновесие между электронным газом и

50

решеткой. Согласно теории Друде–Лоренца электроны обладают такой же средней энергией теплового движения, как и молекулы одноатомного идеального газа. Это позволяет оценить среднюю скорость υ теплового движения электронов по формулам молеку- лярно-кинетической теории. При комнатной температуре она оказывается примерно равной 105 м/с. Как установлено в последствии рассматривать электроны как классические частицы возможно только для так называемых полупроводников, у которых концентрация электронного газа сравнительно мала. В металлах, у которых концентрация атомов и соответственно электронов составляет 1028–1029 м–3 их свойства описываются так называемой квантовой статистикой Ферми–Дирака, согласно которой скорость движения и энергия частиц определяются не температурой кристаллической решетки, а самим числом этих частиц. В объеме металла электроны находятся на энергетических уровнях, которые распределяются от самого низкого до максимального значения. Максимальное значение энергии электронов называется энергией Ферми, которому отвечает скорость Ферми. При любой температуре металла уровни энергии вплоть до уровня Ферми заняты и электроны отвечающие энергии Ферми обладают скоростью порядка одной десятой скорости света 107 м/c. Электроны находящиеся вблизи уровня Ферми и определяют свойства металлов по переносу заряда и тепла. Рассеиваются электроны Ферми на тепловых колебаниях ионов кристаллической решетки, а также на дефектах кристаллической структуры — примесных атомах, вакансиях, включениях в металл других материалов.

Хаотическое беспорядочное движение электронов со скоростью Ферми не приводит к направленному переносу заряда — протеканию электрического тока. При наложении внешнего электрического поля в металлическом проводнике кроме хаотического фермиевского движения возникает их упорядоченное движение (дрейф), то есть электрический ток. Средняя скорость упорядоченного дрейфа u прямо пропорциональна произведению заряда электрона e, напряженности электрического поля E, времени свободного пробега между столкновениями τ и обратно пропорциональна массе электрона m, т. е. u = τmeE .

51

Среднюю скорость u дрейфа можно оценить следующим образом. За интервал времени t через поперечное сечение S проводника пройдут все электроны, находившиеся в объеме Su t. Число таких электронов равно nSu t, где n — средняя концентрация свободных электронов, примерно равная числу атомов в единице объема металлического проводника. Через сечение проводника за вре-

	мя	t пройдет заряд q = enSu t . Следовательно,		q	,
			I =	t = enSu

или u = enSI .

Концентрация n атомов в металлах находится в пределах 1028–

1029 м–3.

Рисунок 21 — Зависимость удельного сопротивления ρ от абсолютной температуры T при низких температурах

Оценка по этой формуле для металлического проводника сечением 1 мм2, по которому течет ток 10 А, дает для средней скорости u упорядоченного движения электронов значение в пределах 0,6– 6 мм/c. Таким образом, средняя скорость u упорядоченного движения электронов в металлических проводниках на много порядков меньше их скорости Ферми.

Малая скорость дрейфа не противоречит опытному факту, что ток во всей цепи постоянного тока устанавливается практически мгновенно. Замыкание цепи вызывает распространение электриче-

52

ского поля со скоростью c = 3 × 108 м/с. Через время порядка l / с (l — длина цепи) вдоль цепи устанавливается стационарное распределение электрического поля и в ней начинается упорядоченное движение электронов.

Сопротивление металлов обратно пропорционально времени свободного пробега электронов проводимости, которое зависит от интенсивности тепловых колебаний атомов (температуры) и от степени дефектности (количества примесей). При низких температурах сопротивление снижается и определяется чистотой металла (область остаточного сопротивления), при высоких температурах основной вклад в рассеяние дают тепловые колебания атомов и ρ ≈ T.

Однако наиболее ярким примером расхождения теории и опытов является сверхпроводимость. Согласно классической электронной теории удельное сопротивление металлов должно монотонно уменьшаться при охлаждении, оставаясь конечным при всех температурах. Такая зависимость действительно наблюдается на опыте при сравнительно высоких температурах (рисунок 21). При более низких температурах порядка нескольких кельвинов удельное сопротивление многих металлов перестает зависеть от температуры и достигает некоторого предельного значения. Однако наибольший интерес представляет удивительное явление сверхпроводимости, открытое датским физиком Х. Каммерлинг-Оннесом в 1911 году. При некоторой определенной температуре Tкр, различной для разных веществ, удельное сопротивление скачком уменьшается до нуля (см. рисунок). Критическая температура у ртути равна 4,1 К, у алюминия 1,2 К, у олова 3,7 К. Сверхпроводимость наблюдается не только у элементов, но и у многих химических соединений и сплавов. Например, соединение ниобия с оловом (Ni3Sn) имеет критическую температуру 18 К. Некоторые вещества, переходящие при низких температурах в сверхпроводящее состояние, не являются проводниками при обычных температурах. В то же время такие «хорошие» проводники, как медь и серебро, не становятся сверхпроводниками при низких температурах.

Вещества в сверхпроводящем состоянии обладают исключительными свойствами. Практически наиболее важным для них является способность длительное время (многие годы) поддерживать без затухания электрический ток, возбужденный в сверхпроводящей цепи.

53

Научный интерес к сверхпроводимости возрастал по мере открытия новых материалов с более высокими критическими температурами. Значительный шаг в этом направлении произошел в 1986 году, когда было обнаружено, что у одного сложного керамического соединения Tкр = 35 K. Уже в следующем 1987 году физики сумели создать новую керамику с критической температурой 98 К, превышающей температуру кипения жидкого азота при нормальных условиях (77 К). Явление перехода веществ в сверхпроводящее состояние при температурах, превышающих температуру кипения жидкого азота, было названо высокотемпературной сверхпроводи-

мостью. В 1988 году было создано керамическое соединение на основе элементов Tl–Ca–Ba–Cu–O с критической температурой

125К.

Внастоящее время ведутся интенсивные работы по поиску но-

вых веществ с еще более высокими значениями Tкр.

Объяснение механизма зависимости удельного сопротивления от температуры (в т. ч. и явления сверхпроводимости) было дано только на основе квантово-механических представлений.

Электрический ток в электролитах

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов с металлоидами в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением веществ на электродах. Это явление получило название электролиза.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы — к положительному электроду (аноду).

54

Рисунок 22 — Электролиз водного раствора хлорида меди

Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных моле-

кул. Это явление называется электролитической диссоциацией.

Например, хлорид меди CuCl2 диссоциирует в водном растворе на

ионы меди и хлора: CuCl2

Cu++ +2Cl- .

При подключении электродов к источнику тока ионы под действием электрического поля начинают упорядоченное движение: положительные ионы меди движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы хлора — к аноду (см. рисунок 22).

Достигнув катода, ионы меди нейтрализуются избыточными электронами катода и превращаются в нейтральные атомы, оседающие на катоде. Ионы хлора, достигнув анода, отдают но одному электрону. После этого нейтральные атомы хлора соединяются попарно и образуют молекулы хлора Cl2. Хлор выделяется на аноде в виде пузырьков.

Наряду с диссоциацией молекул происходит и обратный процесс — воссоединение ионов при их столкновениях (рекомбинация). При каждой температуре устанавливается определенное равновесное состояние, при котором число ионов в единице объема приблизительно постоянно. Отношение концентрации распавшихся на ионы молекул ( n ) к концентрации молекул растворенного веще-

55

ства ( n0 ) α = n называется коэффициентом диссоциации; он пока- n0

зывает, какая доля молекул растворенного вещества распалась. Коэффициент диссоциации зависит от концентрации раствора, от рода растворителя и от температуры. С повышением температуры α увеличивается. Молекулы растворителя обволакивают ион, образуя вокруг него сольватную оболочку. Это, во-первых, затрудняет рекомбинацию ионов, во-вторых, затрудняет движение ионов — фактически в растворе движется сольват — шарик, состоящий из иона и сольватной оболочки вокруг него.

При наличии внешнего электрического поля плотность тока в электролите определяется выражением: j = q+n+u+ + q−n−u−, где

q+, q− — величина зарядов положительных и отрицательных ионов, n+, n− — их концентрация, u+, u− — их скорости направлен-

ного движения. Из закона сохранения электрического заряда следует q+n+ = q−n− = qn , и плотность тока j = qn(u+ +u− ).

Скорость упорядоченного движения сольвата можно найти из следующих соображений. В электрическом поле на сольват вдоль направления движения действуют электрическая сила Fe = qE и си-

ла внутреннего трения жидкости Fc = 6πηrυ, где r — радиус сольвата, η — коэффициент вязкости жидкости. При установившемся

движении Fe = Fc , откуда u = 6πηq r E =bE , где b = Eu = 6πηq r —

подвижность иона.

Выражение для плотности тока принимает вид j = qn(b+ +b− )E .

Отсюда следует, что для электролитов также выполняется закон

Ома			j = σE ,		где		удельная	электропроводность
σ = qn(b+ +b− ) = αqn0 (b+ +b− ).							Удельное	сопротивление электро-
лита		1	1			. С повышением температуры сопротив-
	ρ=		=
		σ		αqn0 (b+ +b− )

ление электролита довольно быстро убывает, поскольку возрастает степень диссоциации и уменьшается вязкость электролита.

56

Лабораторная работа 2.5 «Определение температурного коэффициента сопротивления

металлов»

Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником (Савельев, т.2, §§ 29–30).

Цель работы — выработать навыки проведения эксперимента, анализа экспериментальных данных и расчета погрешностей измерений.

Задачи работы:

1)экспериментально изучить зависимость сопротивления заданного металла от температуры;

2)определить температурный коэффициент сопротивления металла.

Вопросы для допуска к лабораторной работе

1.Какими носителями электрического заряда создается ток в металлах?

2.Почему металлы обладают электросопротивлением?

3.В каких единицах измеряют электросопротивление в системе

СИ?

4.Что называется удельной электропроводностью? В каких единицах измеряют электропроводность в системе СИ?

5.Запишите выражение для закона Ома в дифференциальной форме?

Методика и порядок измерений

Линейную зависимость сопротивления металлического провод-

ника	от температуры		можно представить выражением
R = R	(1+αt ), где R	и	R — сопротивление проводника при
0	0

температурах соответственно t0 = 0 °C и t , α — температурный

коэффициент сопротивления металла. Температурный коэффициент сопротивления численно равен приращению сопротивления каждой единицы сопротивления, взятой при температуре 0 °C , при

изменении температуры проводника на 1 °C :

α = R − R0 .

R0t

57

Если

при

температуре

t1 сопротивление проводника

R = R (1+αt

), а при

температуре t

2

его сопротивление

1

0

1

R = R

(1+αt

2

), то

R1

= 1+αt1

и α =

R2 - R1

.

2

0

R2

1+αt2

R1t2 - R2t1

Таким образом, измерив сопротивление проводника при двух различных температурах, можно определить его температурный коэффициент сопротивления.

Измерения

Электрическая схема, общий вид лабораторной установки и порядок выполнения работы показаны в дополнении к работе, нахо-

дящемся на рабочем месте. Учитывая дополнение, проделайте следующее.

1. Измерьте сопротивление металлического проводника при его нагревании от 20 °C до 90 °C через каждые 10 °C. Результаты из-

мерений занесите в таблицу.

2. Измерьте сопротивление того же проводника при его остывании от 90 °C до 20 °C через каждые 10 °C. Результаты измерений

занесите в таблицу.

3. Рассчитайте среднее значение сопротивления при каждой температуре.

Таблица

t, °C			20	30	40	50	60	70	80	90
R ,		нагревание
Ом		остывание
R ср, Ом

4. По средним значениям сопротивления вычислите 3 значения

температурного коэффициента сопротивления α =	R2 - R1			. Тем-
	R t	- R t
	1 2	2	1

пературы t1 и t2 выбирайте так, чтобы t2 −t1 = 40 °C.

58

Расчет температурного коэффициента сопротивления

α =	R2 − R1
	R t	− R t
	1 2	2		1
t1, °C			R1 , Ом			t2 = t1 +40, °C	R2 , Ом α, К-1	Δα , К-1

Среднее

5.Определите среднее значение α, среднюю абсолютную и относительную погрешности.

6.По экспериментальным данным постройте график зависимости Rср (t).

7.Запишите ответ. Сформулируйте выводы по работе.

Вопросы и задания для контроля

I уровень

1.Какие действия электрического тока сопровождают прохождение тока через металлы?

2.Как движутся свободные электроны в проводнике при наличии в нем электрического поля?

3.Запишите выражение для величины плотности тока в металлах.

II уровень

4.Оцените среднюю скорость теплового движения электронов в металлах по формулам молекулярно-кинетической теории.

5.Оцените среднюю скорость упорядоченного движения электронов по проводам осветительной проводки.

6.Оцените время, необходимое электрону для прохождения пути от аккумулятора автомобиля до стартера (пусковой электродви-

гатель). Аккумулятор соединен со стартером медным проводом сечением 0,2 см2 и длиной 0,85 м. Пусковой ток 300 А. Концентрация свободных электронов в меди 8,5·1028 м-3.

7.Сформулируйте определение и запишите выражение для температурного коэффициента сопротивления металлов.

59

III уровень

8.Согласуются ли выводы классической теории электропроводности металлов с опытом?

9.Определите силу тока в воздухе между плоскими электродами площадью 100 см2 каждый, если между ними разность потенциалов 100 В. Концентрация однозарядных ионов n = 1 × 1010 см –3 . Расстояние между электродами d = 5 см. (1,056 × 10–2 мА)

60