Практическое занятие 1 ( 4 часа). Изучение зависимости сопротивления проводников от различных факторов и характеристик

Название	Изучение зависимости сопротивления проводников от различных факторов и характеристик
Дата	05.12.2021
Размер	198.58 Kb.
Формат файла
Имя файла	Практическое занятие 1 ( 4 часа).docx
Тип	Практическая работа #292662

_{(наименование учебного заведения)}

_{учебная группа_______}

_{Практическая работа №}

_{Вариант №______}

_{Тема: «Изучение зависимости сопротивления проводников от различных факторов и характеристик».}

_{Цель работы:}_{Изучить простейшую цепь, материалы, из которых она состоит и их характеристики. Произвести исследования путем вычислений зависимости сопротивления проводников от различных характеристик и воздействий. Сделать выводы.}

_{Порядок выполнения работы:}

_{1. Изучить теоретическую часть и в реферативной форме занести в отчет.}

_{2. Произвести расчеты и результаты вычислений (согласно полученному от преподавателя варианту) занести в таблицу.}

_{3. На основании значений в таблицах построить соответствующие графики.}

_{4. Сделать выводы.}

_{5. Отчет представить на защиту преподавателю.}

_{Теоретическая часть.}

_{1. Общие положения}

Простейшая электрическая цепь состоит из 3 элементов: источника электрической энергии (Е), приемника электрической энергии (R) и соединительных проводов.

В общем случае электрическая цепь может иметь несколько источников и приемников, выключатели, контрольно-измерительные приборы (КИП), приборы защиты (плавкие предохранители) и т. д.

Электрическая цепь называется линейной, если сопротивления ее цепи не зависят от величины протекающего по ним тока или от величины напряжения на их зажимах (пример: сопротивление лампы накаливания зависит от тока). Если в цепи имеется хотя бы один элемент, сопротивление которого зависит от величины тока, то такая цепь называется нелинейной. У линейных элементов зависимость тока от напряжения - вольт-амперная характеристика (ВАХ) - представляет собой прямую линию. У нелинейных сопротивлений эта зависимость отличается от прямой линии.

Ток называется постоянным, если его величина и направление неизменны во времени. Ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. В металлах заряженными частицами являются электроны, в жидкостях и газах - ионы. Упорядоченное движение зарядов вызывается электрическим полем, созданным источником электрической энергии. Постоянный ток обозначается буквой I, измеряется в амперах (А) или в долях ампера – милли – и микроамперах (mA,mkA).

Постоянный ток применяется на железнодорожном транспорте (метро, поезда), в городском транспорте (трамваи, троллейбусы), в алюминиевой промышленности, в радиолокационных системах, в телевизионных и радиотехнических устройствах.

Все элементы электрической цепи имеют вполне определенные (в соответствии с ГОСТом) условные обозначения. Вот некоторые из них.

Резистор нерегулируемый Ваттметр

Резистор регулируемый Лампа накаливания

Резистор нелинейный Конденсатор

Предохранитель плавкий Трансформатор с

Гальванический элемент железным сердечни-

или аккумулятор ком

Амперметр Источник ЭДС

Вольтметр

Изображение электрической цепи на рисунке с помощью условных знаков называется электрической схемой .

2 Сопротивления проводников

Различные элементы электрической цепи оказывают определенное противодействие движению в них электрических зарядов. Это противодействие называется сопротивлением.

Если проводник имеет одну и ту же площадь поперечного сечения (S) по всей длине (L) проводника, то его сопротивление равно

(1)

где

-удельное сопротивление материала

Сопротивление металлических проводников при повышении температуры возрастает. Зависимость от температуры выражается следующей приближенной формулой

, (2)

где t₁, t₂- начальная и конечная температуры, С^о,

R₁,R₂ – сопротивления при температурах t₁ и t₂,

- температурный коэффициент

.

Сведения об удельных сопротивлениях и температурных коэффициентах некоторых материалов (наиболее распространенных) приведены в таблице

Материалы	Удельное сопротивл. при 20^о	Средний темпера- турный коэффициент (от 0 до 100^о)
Медь	0,0175	0,00393
Алюминий	0,0283	0,004
Сталь	0,13	0,00625
Вольфрам	0,055	0,005
Нихром	1,1	0,0001
Манганин	0,4-0,48	0,000006

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью, а величина, обратная удельному сопротивлению, - удельной проводимостью.

- Сименс (3)

(4)

3 Задание на вычисление значений характеризующих сопротивление проводников

Задание 1

Вариант № 1

Материал проводника: МЕДЬ			удельное сопротивление материала = (смотри таблицу теоретической части)
S мм²	0,02	0,08		0,1	0,15	0,2
L м	0,5	0,6		0,7	0,8	1
R

1. Исследовать зависимость сопротивления проводника (медь) от площади поперечного сечения (S) и всей длины (L) проводника результаты занести в таблицу 1 (для этого произвести вычисления - R)

Таблица 1

2. Построить 2 графика зависимости R от S и L

S L

Сделать выводы по заданию 1.

Вариант № 2

Материал проводника: Алюминий			удельное сопротивление материала = (смотри таблицу теоретической части)
S мм²	0,02	0,08		0,1	0,15	0,2
L м	0,5	0,6		0,7	0,8	1
R

1. Исследовать зависимость сопротивления проводника (Алюминий) от площади поперечного сечения (S) и всей длины (L) проводника результаты занести в таблицу 1 (для этого произвести вычисления - R)

Таблица 1

2. Построить 2 графика зависимости R от S и L

S L

Сделать выводы по заданию 1.

Вариант № 3

Материал проводника: Вольфрам			удельное сопротивление материала = (смотри таблицу теоретической части)
S мм²	0,02	0,08		0,1	0,15	0,2
L м	0,3	0,6		0,7	0,9	1
R

1. Исследовать зависимость сопротивления проводника (Вольфрам) от площади поперечного сечения (S) и всей длины (L) проводника результаты занести в таблицу 1 (для этого произвести вычисления - R)

Таблица 1

2. Построить 2 графика зависимости R от S и L

S L

Сделать выводы по заданию 1.

Задание 2

1 Исследовать зависимость сопротивления металлических проводников (по вариантам 1,2,3) при изменении температуры t₁, t₂( начальная и конечная температура, С^о) результаты занести в таблицу 2 (для этого произвести вычисления - R₂)

Таблица 2

Материал проводника: Медь , Алюминий, Вольфрам (по варианту)			Средний температурный коэффициент (от 0 до 100^о) (смотри таблицу теоретической части)
t₁- начальная температура, С^о	20	20		20	20	20
t₂- конечная температура, С^о	50	60		70	85	100
R₁	2 ом	2ом		2ом	2ом	2ом
Вычисления:
R₂
t₂ – t₁

2. Построить график зависимости R₂от t₂ – t₁

R₂

t₂ – t₁

Сделать выводы по заданию 2

Задание 3 Вычислить проводимость (по всем R₂ из таблицы 2) и удельную проводимостью всех металлов из таблицы теоретической части.

Выполнил студент ___________(подпись)

Материал проводника: МЕДЬ			удельное сопротивление материала =0,0175 (смотри таблицу теоретической части)
S мм² м²	0,02 0.00000002	0,08 0.00000008		0,1 0.0000001	0,15 0.00000015	0,2 0.0000002
L м	0,5	0,6		0,7	0,8	1
R	437500	131250		122500	93333,3	87500

2. Построить 2 графика зависимости R от S и L

Сделать выводы по заданию 1.

Вывод: в данной практической работе были изучены зависимости сопротивления проводников от различных факторов и характеристик так же были произведены исследования путем вычислений зависимости сопротивления проводников от различных характеристик и воздействий и выяснили что, при увеличении площадь поперечного сечения (S) и всей длины (L) сопротивления проводника (медь) (R) уменьшается.

Вариант № 2

_{1. Исследовать зависимость сопротивления проводника (Алюминий) от площади поперечного сечения (S) и всей длины (L) проводника результаты занести в таблицу 1 (для этого произвести вычисления - R)}

Материал проводника: Алюминий			удельное сопротивление материала =0,0283(смотри таблицу теоретической части)
S мм² м²	0,02 0.00000002	0,08 0.00000008		0,1 0.0000001	0,15 0.00000015	0,2 0.0000002
L м	0,5	0,6		0,7	0,8	1
R	707500	212250		198100	150933,3	141500

2. Построить 2 графика зависимости R от S и L

Вывод: в данной практической работе были изучены зависимости сопротивления проводников от различных факторов и характеристик так же были произведены исследования путем вычислений зависимости сопротивления проводников от различных характеристик и воздействий и выяснили что, при увеличении площадь поперечного сечения (S) и всей длины (L) сопротивления проводника (Алюминий) (R) уменьшается.

Вариант № 3

1. Исследовать зависимость сопротивления проводника (Вольфрам) от площади поперечного сечения (S) и всей длины (L) проводника результаты занести в таблицу 1 (для этого произвести вычисления - R)

Материал проводника: Вольфрам			удельное сопротивление материала =0,055(смотри таблицу теоретической части)
S мм² м²	0,02 0.00000002	0,08 0.00000008		0,1 0.0000001	0,15 0.00000015	0,2 0.0000002
L м	0,3	0,6		0,7	0,9	1
R	825000	412500		385000	330000	275000

2. Построить 2 графика зависимости R от S и L

Вывод: в данной практической работе были изучены зависимости сопротивления проводников от различных факторов и характеристик так же были произведены исследования путем вычислений зависимости сопротивления проводников от различных характеристик и воздействий и выяснили что, при увеличении площадь поперечного сечения (S) и всей длины (L) сопротивления проводника (Вольфрам) (R) уменьшается.

Задание 2

1 Исследовать зависимость сопротивления металлических проводников (по вариантам 1,2,3) при изменении температуры t1, t2 ( начальная и конечная температура, Со) результаты занести в таблицу 2 (для этого произвести вычисления - R2)

Таблица 2

Материал проводника: Медь				Средний температурный коэффициент (от 0 до 100^о) (смотри таблицу теоретической части) 0,00393
t₁-начальная температура, С^о	20	20	20		20	20
t₂-конечная температура, С^о	50	60	70		85	100
R₁	2 ом	2ом	2ом		2ом	2ом
Вычисления:
R₂	2*1,09=2,1965	2*1,15=2,3144	2*1,19=2,393		2*1,25=2,5109	2*1,31=2,6288
t₂ – t₁	50-25=25	60-20=40	70-20=50		85-20=65	100-20=80
	1+0,00393*25=1,09	1+0,00393*40=1,15	1+0,00393*50=1,19		1+0,00393*65=1,25	1+0,00393*80=1,31

Материал проводника: Алюминий			Средний температурный коэффициент (от 0 до 100^о) (смотри таблицу теоретической части) 0,004
t₁-начальная температура, С^о	20	20		20	20	20
t₂-конечная температура, С^о	50	60		70	85	100
R₁	2 ом	2ом		2ом	2ом	2ом
Вычисления:
R₂	2*1,1=2,2	2*1,16=2,32		2*1,2=2,4	2*1,26=2,52	2*1,32=2,64
t₂ – t₁	50-25=25	60-20=40		70-20=50	85-20=65	100-20=80
	1+0,004*25=1,1	1+0,004*40=1,16		1+0,004*50=1,2	1+0,004*65=1,26	1+0,004*80=1,32

Материал проводника: Вольфрам			Средний температурный коэффициент (от 0 до 100^о) (смотри таблицу теоретической части) 0,005
t₁-начальная температура, С^о	20	20	20	20	20
t₂-конечная температура, С^о	50	60	70	85	100
R₁	2 ом	2ом	2ом	2ом	2ом
Вычисления:
R₂	2*1,125=2,25	2*1,2=2,4	2*1,25=2,5	2*1,325=2,65	2*1,4=2,8
t₂ – t₁	50-25=25	60-20=40	70-20=50	85-20=65	100-20=80
	1+0,005*25=1,125	1+0,005*40=1,2	1+0,005*50=1,25	1+0,005*65=1,325	1+0,005*80=1,4

	R₂	R₂	R₂	R₂	R₂
Медь	2,20	2,31	2,39	2,51	2,63
Алюминий	2,20	2,32	2,40	2,52	2,64
Вольфрам	2,25	2,40	2,50	2,65	2,80
Проводимость	0,46	0,43	0,42	0,40	0,38
	0,45	0,43	0,42	0,40	0,38
	0,44	0,42	0,40	0,38	0,36

материалы	Удельное сопротивление	Удельная проводимость
Медь	0,0175	57,14
Алюминий	0,0283	35,34
Сталь	0,13	7,69
Вольфрам	0,055	18,18
Нихром	1,1	0,91
Манганин	0,4	2,50
Манганин	0,48	2,08