Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Вимірювання електричних опорів і вивчення залежності опору металу від температури
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Вінницькій національний технічний університет
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Систем управління
Кафедра:
Кафедра фізики
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Електроніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет
Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління
Кафедра фізики
Лабораторна робота № 2 – 6
«Вимірювання електричних опорів і вивчення залежності опору металу від температури»
Мета роботи: навчитись вимірювати опори провідників з допомогою місткових схем; вивчити залежність опору металів від температури.
Прилади та матеріали: набір вимірюваних резисторів ; магазин еталонних резисторів; джерело постійного струму; універсальний міст типу МВУ-49; термостат і термометр; з’єднувальні провідники.
Теоретичні відомості
Електричним струмом називається направлений рух електричних зарядів. Цьому рухові перешкоджає електричний опір провідників. Розглянемо класичну електронну теорію металів, яка, не дивлячись на деякі недоліки, якісно на хорошому рівні дає пояснення основ них законів електричного струму.
У класичній електронній теорії металів припускається, що рух електронів описується законами класичної механіки Ньютона. Електрони створюють ідеальний (електронний) газ, що знаходиться в хаотичному тепловому русі і характеризується середньою довжиною вільного пробігу ( і середнім часом вільного пробігу ( . Електрони обмінюються енергією і імпульсом з іонами кристалічної гратки, дякуючи чому електронний газ знаходиться в термодинамічній рівно вазі з граткою.
Визначимо густину струму j, яка виникає в металі під дією електричного поля з напруженістю E . Електрони, здійснюючи тепловий хаотичний рух, в той же час під дією електричного поля рухаються проти нього. Направлений рух електронів в електричному полі називається дрейфом. Електричне поле прискорює електрони і величина цього прискорення у відповідності з другим законом Ньютона буде пропорційною діючій силі: тому в кінці вільного пробігу його швидкість буде дорівнювати
Так як електрони між ударами рухаються рівноприскорено, то середнє значення дрейфової швидкості становитиме половину максимальної:
Якщо концентрація електронів дорівнює n, то за одиницю часу через одиничний переріз пройде заряд, який буде знаходитись в об’ємі паралелепіпеда з одиничним перерізом і довжиною др:
Густина струму пропорційна напруженості поля E, а це і є закон Ома в диференційній формі:
(1)
де ( – питома електропровідність середовища; .
(( – питомий опір середовища).
Для визначення питомого опору використаєм формулу яка показує, що питомий опір тим менший, чим більша концентрація електронів провідності і чим більший час вільного пробігу ( .
Це пояснюється тим, що чим більше (, тим меншу перешкоду мають процеси розсіювання для напрямленого руху електронів.
Питомий електричний опір чисельно дорівнює опору R, виготовленого із даної речовини прямолінійного провідника з постійною по довжині пло-щею перерізу S, рівною одиниці, і довжиною l, рівною одиниці:
Розмірність R визначається за законом Ома:
Одиниця питомого опору речовини:
Для більшості металів при температурах, близьких до
Рис. 1
кімнатної, питомий опір змінюється пропорційно абсолютній температурі Т:
. (2)
При низьких температурах спостерігається відхід від цієї за кономірності (рис, 1), пояснення якої дається квантовою механікою.
У більшості випадків залежність ( від T дається графіком 1. Величина залишкового опору (ЗАЛ в великій мірі залежить від чистоти матеріалу і залишкових механічних напружень в зразку. Тому після відпалювання (ЗАЛ значно зменшується. У абсолютно чистого металу з ідеально правильною кристалічною граткою при абсолютному нулі (=0.
Із формули (2) слідує, що температурний коефіцієнт опору :
(3)
Він вказує на відносний приріст питомого опору при збільшенні температури на один градус.
Вимірювання опору резисторів має широке практичне значення. У залежності від призначення резисторів електричні опори у них можна розділити на три групи: малі -до 1 Ом (опори амперметрів, шунтів, обмоток трансформаторів і т.п.), середні 1- 100 кОм (опори вольтметрів і т.п.), великі - 100 кОм і більше (опори ізоляційних матеріалів, кераміка і т.п.).
Методи вимірювання електричних опорів залежать від їх величин. При вимірюванні малих опорів слід ліквідувати вплив на результати вимірювань з’єднувальних провідників, контактів і термо ЕРС, тоді, як при вимірюванні середніх опорів, величинами додаткових опорів (як правило не перевищують 10-4-10-2 0м) можна знехтувати. При вимірюванні великих опорів необхідно враховувати об’ємні і поверхневі опори, вплив температур і вологості середовища.
Скориставшись законом Ома для ділянки кола, можна виміряти невідомий опір Rх за допомогою вольтметра і амперметра згідно схеми на рис. 2 і 3.
Цей метод покладений з основу дії авометрів, за допомогою яких можна виміряти напругу, силу струму, опір. Але так як при такому методі вимірювання відбувається спад напруги на вольтметрі і амперметрі, то метод вважається наближеним.
Вимірювання середніх опорів Rх з високим ступенем точності можна виконати мостовим методом за допомогою містка Уітстона.
Існує лише єдине співвідношення параметрів, при якому струм через гальванометр дорівнює нулю:
(4)
де R1 – плече порівнювання;
R2 і R3 – плечі відношення.
Як видно із формули (4), можливими є два методи зрівноважування містка: а) регулюванням R1 при постійному відношенні R2 / R3; б) регулюванням відношення R2 / R3 при постійному R1.
В першому випадку R1 виконується в вигляді багатодекадного важільного магазину опорів; R2 і R3 являють собою набір опорів з клемами для підключення. У другому випадку відношення плеч виконане у вигляді реохорда з повзунком (рис. 5).
Умові рівноваги такого містка відповідає співвідношення:
яке може бути одержане на основі другого закону Кірхгофа.
Так як опори ділянок АD і DВ. пропорційні їх довжинам l1 i l2, то
Недоліком місткової схеми є неможливість врахувати опори з’єднувальних провідників і клемних сполучень елементів схеми, що виключає можливість вимірювання малих опорів
Для технічного вимірювання опорів можна скористатись універ сальними містками постійного струму типу МВУ-49, схема якого в принципі не відрізняється від схеми лінійного містка Уітстона (рис. 6).
В цій схемі плечем порівнювання служить магазин опорів, набраний із резисторів R1(Rn. Відношення плеч визначається за формулою
Вимірюваний і опір резистора Rх визначається на основі рівноваги моста:
де N – множник, який відповідає положенню рукоятки перемикача “помножити”;
R – опір плеча порівняння в Ом (показання магазина).
Опір R3 є захисним при включенні гальванометра в схему і відповідає положенню кнопки включення “Грубо”.
Із всіх методів вимірювання малих опорів найбільше поширення одержав метод вимірювання за схемою подвійного моста, запропонованого Томсоном (рис.7). У такій схемі вплив з’єднувальних провідників і клем практично виключається.
У даній лабораторній роботі подається місткова схема вимірювання невідомих опорів.
Хід роботи:
Скласти схему (рис. 5).
Установити повзунок на середину реохорда.
Підібрати на магазині опорів такий опір, при якому струм через гальванометр дорівнював би нулю (Rх1(R).
Виміряти l1 і l2 - плечі реохорда в одиницях шкали реохорда.
Повторити аналогічні вимірювання послідовно для всіх резисторів Ri.
З’єднати резистори паралельно і виміряти їх загальний опір. Зробити перевірку вимірювання за допомогою аналітичних розрахунків.
З’єднати всі резистори послідовно і виміряти їх загальний опір. Зробити перевірку вимірювання за допомогою аналітичних розрахунків.
Скласти таблицю 1 і занести в неї всі вимірювання і проведені розрахунки. Зробити відповідні узагальнення одержаних результатів.
З’єднати провідниками резистор із мідного дроту , розміщений в термостаті з мостом постійного струму типу МВУ.
Виміряти опір досліджуваної котушки при кімнатній температурі.
Включити нагрівник термостата і провести вимірювання опору котушки через 5(С до температури 80-90(С.
Скласти таблицю 2 і занести в неї всі одержані результати.
Обробка одержаних експериментальних результатів і їх аналіз.
Використовуючи дані таблиці 2, побудувати графік залежності Rt=f (t(), відкладаючи по осі X значення температури від 0°С до t(С, а по осі Y значення Rt.
Із графіка визначити значення R0 шляхом продовження одержаної залежності до перетину з віссю Rt (рис.8).
Рис.8.
Розрахувати значення (, за формулою (З), скориставшись даними графіка. Одержаний результат порівняти з табличним значенням температурного коефіцієнту опору для міді.
Завдання 1:
l1,
l2,
R, Ом
Rx паралельно , Ом
Rx послідовно , Ом
Rx4 , Ом
Rx5 , Ом
Rx6 , Ом
30
30
346
349,9
546
132
1240
Теоретично для паралельного з’єднання:
1
05.02.2014 23:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора