Задание к лабораторной работе

1. Поместить плату с исследуемыми образцами в термостат.

2. Измерить тестером Щ4313 сопротивление всех металлических проводников при комнатной температуре. Образцы выбирают переключателем "Выбор образца", расположенным на стенде, согласно табл. 3.1.

3. Включить термостат и измерить комнатную температуру.

4. По мере прогрева образцов измерять значение сопротивления каждого образца и температуры через каждые 5° в интервале 20...70 °С.

5. Рассчитать удельное сопротивление образцов при каждом значении температуры по (3.1) и построить график зависимости удельного сопротивления от температуры для каждого образца.

6. По наклону прямой зависимости удельного сопротивления от температуры определить температурный коэффициент удельного сопротивления для каждого материала, используя (3.2).

7. Построить график зависимости удельного сопротивления и температурного коэффициента удельного сопротивления для первых четырех образцов от содержания сплава медь-никель.

8. Сравнить полученные значения удельного сопротивления и температурного коэффициента удельного сопротивления со справочными.

9. Сделать выводы о влиянии температуры и примеси на удельное сопротивление и температурный коэффициент удельного сопротивления металлических проводников.

Теоретические сведения

1. Проводниковые материалы

Поведение проводника в электрическом поле обусловлено его свойствами, которые оценивают с помощью следующих параметров: удельного сопротивления; температурного коэффициента удельного сопротивления; удельной теплопроводности; контактной разности потенциалов или термоЭДС.

Удельным сопротивлением называют сопротивление куба с ребром в 1 м, если ток протекает равномерно через его противоположные грани.

Температурным коэффициентом удельного сопротивления называют относительное изменение удельного сопротивления проводника при изменении температуры на 1 ⁰С.

Плотность тока в проводнике

j = enV_др (3.3)

где e - заряд электрона; n - концентрация электронов; V_др - дрейфовая скорость электронов.

Зная, что дрейфовая скорость носителей заряда пропорциональна напряженности приложенного поля

V_др = µЕ, (3.4)

где µ - подвижность электрона.

Запишем закон Ома в дифференциальной форме:

j = enµE = σE, (3.5)

где σ - удельная электрическая проводимость.

Величина, обратная удельной электрической проводимости, есть удельное сопротивление

(3.6)

С учетом

(3.7)

где λ_св - средняя длина свободного пробега электрона; V_T - средняя тепловая скорость электрона,

получим

(3.8)

Поскольку электроны в металлах представляют собой вырожденный газ, их тепловая скорость не зависит от температуры. Кроме того, все электроны в металлах свободные, а значит, и их концентрация не зависит от температуры. Таким образом, влияние внешних факторов на удельное сопротивление металлов необходимо рассматривать как влияние на длину свободного пробега.