№16. ЛАБОРАТОРИЯЛЫҚ ЖҰМЫС

Резистивтік сымның меншікті кедергісін анықтау

Жұмыстың мақсаты: резистивтік сымның меншікті электр кедергісін екі түрлі әдіспен токты және кернеуді дәл өлшеу арқылы анықтау және сымның қандай заттан жасалғанын көрсету.

Құрал-жабдықтар: сымның меншікті кедергісін анықтауға арналған қондырғы, вольтметр, ампереметр, сызғыш, тұрақты ток көпірі.

1. Қысқаша теориялық кіріспе.

Г.Омның тізбектің бір бөлігі үшін тағайындаған тәжірибелік заңы бойынша біртекті

металлл өткізгіште ағатын І ток күші ондағы U кернеудің түсуіне тура сымның кедергісіне кері пропорционал болады:

(1)

мұндағы -кернеу, өлшемі вольт /В/, ол өткізгіш ұштарындағы потенциалдар айырымына тең.

R өткізгіштің электрлік кедергісі, оның өлшемі – Ом. І Ом сымның ұштарындағы кернеу 1В болғанда, одан 1А-ға тең ток жүретін сым кедергісіне тең физикалық шама.

Кедергінің шамасы өткізгіш мөлшеріне және жасалған затының қасиеттеріне байланысты. Біртекті цилиндр формалы өткізгіш кедергісі мына формуламен анықталады:

(2)

мұндағы - өткізгіш ұзындығы, S - өткізгіштің көлденең қимасынынң ауданы,- өткізгіш материалының қасиетіне байланыстыменшікті электрлік кедергі деп аталатын коэффициент. Меншікті кедергінің СИ жүйесіндегі өлшемі [Ом.м]. Тәжірибеде заттың меншікті кедергісін, көбіне, өлшейді, яғни =1м,тең болуы керек.

Өткізгішітің электрондық теориясы бойынша /2/ формуланы былайша түсіндіруге болады. Әртүрлі заттардан жасалған өткізгіштердің атомдық құрылысы бірдей болмайды. Олардың айырмашылығы оң зарядталған ядроны айналып қозғалушы электрондардың санының әр түрлілігінде ғана емес, сонымен қатар, осы электрондардың энергетикалық деңгейде бөлінуіне, валенттік электрондардың санына байланысты.

Материалының табиғатына қарай олардағы бос электрондардың сандары да әр түрлі екендігі белгілі. Өткізгіштегі ток күші осы бос электрондардың санына байланысты, демек, кедергі де соған байланысты болады. Егер мөлшерлері және ұштарындағы кернеулері бірдей әр түрлі материалдан жасалған екі өткізгіш арқылы бір өлшем уақыт аралығында саны бірдей емес электрондар өтсе, онда қозғалушы электрондар саны аз болған өткізгіштің кедергісі көп болады.

Сөйтіп, өткізгіш кедергісі оның затына байланысты болады, бұл (1) формуладакоэффициентімен ескеріледі.

Электр тогы дегеніміз өткізгіш бойымен электрондардың бағытталған қозғалысы болғандықтан, өткізгіш ұзындығы артқан сайын оның оң иондары мен атомдарының жылулық тәртіпсіз қозғалысының электрондардың бағытталған қозғалыстарына кедергісі артады, сондықтан да R өткізгіш ұзындығына / l / тура пропорционал болады.

Өткізгіштің көлденең қимасының ауданы /S/ артқан сайын оның белгілі ұзындық бөлігіне келетін бос электрондардың саны да ратады, сондықтан өткізгіш ұштарына қосылған кернеу күші мол ток тудырады, яғни осы бөліктің кедергісі азаяды, басқаша ауданға S- кері пропорционал болады.

Меншікті кедергіге -ға кері шаманы:

заттың өткізгіштік коэффициенті немесе заттың өткізгіштігі дейді. Көпшілік металдар үшін олардың меншікті кедергісі температураға байланысты жуықтап мынадай сызықтық заң бойынша өседі:

мұндағы -нөль градустағы меншікті кедергі,- цельсий шкаласы бойынша алынған температура,тең коэффициент.

Абсолют температураға (Кельвин шкаласы бойынша) көшсек, жоғарыдағы теңдеу былай жазылады:

1-сурет

Температура төмендеген кезде бұл заңдылық орындалмайды. 1-суретті қараңыздар: Көпшілік жағдайларда -ның Т-ға байланыстылығы қисықпен кескінделеді. Қалдық меншікті кедергі металдың тазалығына және үлгінің қалдық механикалық кернеуінің барлығына байланысты. Сондықтан да металды «күйдіргеннен» /қыздырғаннан/ кейін оның азаяды. 1 қисық. 1 сурет.

Идеал дұрыс кристалдық торы бар абсолют таза металдың температурасы нольге Т=0 тең болғанда, меншікті кедергісі де ноль =0 болады.

Көптеген металдар және қоспалар үшін кедергілері секірмелі түрде нольге айналады. Төтенше өткізгіш - деп аталатын (2 қисық. 1 сурет), бұл құбылысты сынап үшін алғаш рет голландиялық ғалым Каммерлинг-Онес 1911 жылы ащқан. Кейіннен бұл құбылыс қорғасын, қалайы, мырыш, т.б. металдар және металл қоспаларында болатындығы анықталған. әрбір төтенше өткізгіш үшін оның өзіне ғана тән төтенше өткізгіштік күйге ауысатын кризистік деп аталатын температурасы болады.

Төтенше өткізгішке магнит өрісімен әсер етсе, оның төтенше өткізгіштік күйі бұзылады. Осы төтенше өткізгіштік күйді бұзатын /жоғалтатын/ өрістің кризистік шамасы нольге тең болады, Т =болса және температура одан әрі төмендесе бұл шама артады.

Төтенше өткізгіштікке теориялық тұрғыдан толық түсініктемені 1958 жылы совет физигі академик Н.М.Боголюбов және оның қызметкерлері берген.

Қазіргі уақытта қалыпты температура кезінде төтенше өткізгіш жасау бағытында алдыңғы қатарлы елдері (Жапония, АҚШ, ТМД) көптеген зерттеулер жүргізілуде.

Ом заңы бойынша (1) теңдеуден кернеуді және ток күшін өлшеу арқылы бөліктің кедергісін есептеуге болатындығын көреміз.