Лабораторная работа № II-2 Определение электропроводности материала проволоки
Цель работы: знакомство с экспериментальным измерением удельного сопротивления вещества и с ролью физических и экспериментальных величин, определяющих результаты измерения .
Приборы и принадлежности: 1) установка, включающая: два токоподвода, подвижный потенциальный отвод, регулируемый источник постоянного тока, измерители тока и напряжения; шкалу для измерения длины рабочего участка проволоки; 2) проволока – объект исследования; 3) диаметра проволоки – штангенциркуль или микрометр.
Введение
Для измерения удельного сопротивления протяженного проводника равного сечения используется закон Ома: сила тока I, текущего по однородному проводнику, пропорциональна падению напряжения U на участке проводника и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого R участка:
(1)
Для однородного цилиндрического проводника
(2)
где:
-
удельное электрическое сопротивление
материала проводника;
L - длина проводника;
-
площадь его поперечного сечения;
.
Единица измерения . - [Oм∙м].
Из формул (1) и (2) следует :
(3)
Экспериментальная установка
Лабораторная установка, используемая в данной работе, позволяет измерять ток, текущий по цилиндрическому проводнику (проволоке), и разность потенциалов на его концах, а также выбранную для измерений длину рабочего участка проводника. Измерительная схема установки представлена на рисунке 1. Источник питания подключен к сети переменного тока в 220 В и имеет регулируемый выход постоянного тока. Включение в сеть производится тумблером К. Ток через образец измеряетмя миллиамперметром mA. Длина рабочего участка образца L изменяется посредством перемещения верхнего подвижного потенциального контакта. Для измерения этой длины на вертикальной стойке прибора предусмотрена измерительная линейка. Падение напряжения на участке образца длиной L регистрируется вольтметром V.
Рис 1
Площадь поперечного сечения цилиндрического проводника вычисляется по формуле
,
(4)
где
- диаметр проводника.
Порядок выполнения работы
1. Закрепить испытуемую проволоку в токоотводах установки. Измерить диаметр проволоки - штангенциркулем или микрометром.
2. Выбрать первую длину рабочего участка образца L1, перемещая подвижный потенциальный отвод. (длины рабочего участка L1, L2 , L3 выбираются различными в пределах от 150 до 450 мм). Измерить эту длину и занести результат в таблицу 1.
Примечание: в таблице указать единицы всех измеряемых величин
3. Включить установку в сеть 220 В, установить первое значение тока через образец I1 ( значение токов I1, I2 и далее I3 , I4 , затем I5 , I6 выбираются различными в пределах от 80 до 200 мА).
4. Измерить ток и напряжение на рабочем участке. Результаты занести в таблицу 1.
Таблица 1
№
|
L |
I |
U |
ρi |
ρср |
ρ – ρср |
Δρ |
1 |
L1 = |
I1 |
|
|
|
|
|
2 |
I2 |
|
|
|
|||
3 |
L2 = |
I1 |
|
|
|
||
4 |
I2 |
|
|
|
|||
5 |
L3= |
I1 |
|
|
|
||
6 |
I2 I2 |
|
|
|
Повторить операции по пунктам 2.- 4 еще четыре раза, изменяя длину рабочего участка и силу тока.
Повторить операции по пунктам 2.-3. еще пять раз, изменяя длину рабочего участка и силу тока
5. Для каждого опыта рассчитать удельное электрическое сопротивление проволоки ρi по формуле (3). По результатам 6-ти опытов найти среднее арифметическое значение ρср и использовать его для расчета случайной погрешности вычисления Δρ.
6. В качестве результата работы представить значение удельного электрического сопротивления проволоки с указанием погрешности измерения и единицы измерения, а также указать материал проволоки, использовав справочную таблицу удельных сопротивлений металлов (см., например, задачник Иродова [2]) .