лаба6 физика. Измерение низких сопротивлений материалов

• Название: Измерение низких сопротивлений материалов
• Анкор: лаба6 физика
• Дата: 22.05.2023
• Размер: 182.5 Kb.
• Имя файла: Laba_6.doc
• Тип: Лабораторная работа; #1150419

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального обучения

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»


Кафедра общей и технической физики

Лабораторная работа №6

Тема: Измерение низких сопротивлений материалов.

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: доцент ____________ Левин К. Л.

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}


Санкт-Петербург

2016
Цель работы: определить удельное сопротивление металлов и других низкоомных материалов с помощью измерительного усилителя.
Краткое теоретическое обоснование.

Электрическое сопротивление – величина, характеризующая сопротивление проводника электрическому току. Зависит от размеров и формы проводника.



1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В течет постоянный ток 1 А.

Удельное сопротивление – сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм². Зависит от свойств материала



Способность вещества проводить электрический ток характеризуется его удельным сопротивлением , либо удельной проводимостью . Их величина определяется химической природой вещества и условиями, в частности температурой, при которых оно находится.



1 См (сименс) – проводимость участка электрической цепи сопротивлением 1 Ом.

Классическая электронная теория проводимости металлов:

1. 
   Закон Джоуля – Ленца.
   

Дополнительная энергия, приобретаемая электроном к концу свободного пробега, идет на нагревание металла.



Число столкновений электрона за 1с с узлами решетки . Если n – концентрация электронов, то энергия, передаваемая решетке в единице объема в единицу времени,

2. 
   Закон Видемана – Франца.
   

Отношение теплопроводности к удельной проводимости для всех металлов при одной и той же температуре одинаково и увеличивается пропорционально температуре:

, где .

Классическая теория объяснила законы Ома и Джоуля – Ленца и качественно объяснила закон Видемана – Франца.

Длина свободного пробега электронов в проводниках – путь, который в среднем проходят электроны между двумя последовательными столкновениями с ионами решетки. В конце свободного пробега скорость электрона равна нулю, так как электрон отдает всю энергию ионам решетки.

Свободные электроны – электроны, движение которых подчиняется законам классической статики.

Схема установки:


Расчетные формулы:

сопротивления проводников на основании закона Ома

S = d²/4 удельное сопротивление

R_к = R_п  – Rконтактное сопротивление R_к

концентрация свободных электронов

удельная электропроводность по классической теории, где – средняя скорость теплового движения, - средняя длина свободного пробега электронов.

удельная электропроводность по квантовой теории, где  – удельное сопротивление, n – концентрация электронов, – их средняя длина свободного пробега, h– постоянная Планка.
Формулы погрешности:










Ход работы:
Вольт – амперная характеристика алюминиевого стержня.

Табл.1

I	А	0	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00
U	В	0	0,002	0,006	0,009	0,017	0,023	0,03	0,033	0,038
RAl	Ом	0	0,00008	0,000012	0,000012	0,000017	0,000018	0,000018	0,000018	0,000019

Измерение полного сопротивления R_п (с учётом контактного сопротивления R_к Al)

Табл.2

I	А	0	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00
U	В	0	0,44	0,89	1,32	1,74	2,18	2,61	3,04	3,47
Rп	Ом	0	1,76	1,78	1,76	1,74	1,744	1,74	1,737	1,735
Rк Al	Ом	0	1,76	1,78	1,76	1,74	1,736	1,733	1,726	1,725

Вольт – амперная характеристика медного стержня.

Табл.3

I	А	0	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00
U	В	0	0,008	0,01	0,011	0,022	0,028	0,03	0,035	0,039
RCu	Ом	0	0,00003	0,00002	0,000024	0,000032	0,00003	0,00003	0,00003	0,000026

Измерение полного сопротивления R_п (с учётом контактного сопротивления R_к Cu)

Табл.4

I	А	0	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00
U	В	0	0,49	0,95	1,45	2,08	2,47	2,85	3,28	3,81
Rп	Ом	0	1,96	1,9	1,93	2,08	1,976	1,9	1,874	1,905
Rк Cu	Ом	0	1,96	1,9	1,93	2,08	1,976	1,9	1,8683	1,9

Обработка результатов:

d = 2,5 см l = 31,5 см

при Т=300 К м/c

Кл

кг

d_Al=2700 кг/м³ (плотность алюминия)

d_Cu=8920 кг/м³ (плотность меди)
Алюминиевый стержень.














Расчет погрешностей.











Медный стержень.





Ом








Расчет погрешностей.










Вывод. Выполнив лабораторную работу, я определил удельное сопротивление металлов с помощью измерительного усилителя и получил следующие значения:

- для алюминиевого стержня







- для медного стержня