Лабораторна робота № 6 (2 години)

Тема: Визначення питомого опору провідника

1. Мета роботи: виміряти питомий опір дроту; набути навичок користування амперметром, вольтметром, мікрометром.

2. Прилади і обладнання:

Дріт з матеріалу з великим питомим опором, натягнутий на дерев’яну планку

Лабораторний амперметр (шкільний)

Лабораторний вольтметр (шкільний)

Акумулятор

Вмикач

Реостат на 6-10 Ом і 2 А

Мікрометр

Лінійка з ціною поділки 1 мм

З’єднувальні провідники 7 шт.

Загальні теоретичні положення

Електричний струм у металі – це впорядкований рух вільних зовнішніх його електронів по провіднику під дією електричного поля. Метали мають кристалічну решітку, в вузлах якої знаходяться позитивно заряджені іони, між якими рухаються вільні зовнішні електрони. Позитивно заряджені іони лише коливаються навколо власних положень рівноваги і не пересуваються у металі під впливом електричного поля. Атом, що втратив кілька власних зовнішніх електронів стає позитивним іоном. Електрони, що створюють електричний струм, під час руху частково стикаються та взаємодіють з іонами кристалічної решітки, що затримує їх рух. Тому вважають, що з боку метала існує опір R до впорядкованого руху електронів.

Чим більше довжина провідника l, тим більша кількість іонів зустрічається на шляху електронів і тому опір R провідника більший. Чим менша площа S поперечного січення провідника, тим менша кількість проміжків між іонами і електронам важче одночасно пройти між іонами без взаємодії з ними, що збільшує опір провідника.

З математичної точки зору питомий опір матеріалу ρ є коефіцієнтом пропорційності між опором та геометричними параметрами провідника, а з фізичної точки зору він характеризує здатність різних речовин проводити скрізь себе електричний струм, якщо геометрична форма провідників однакова.

Питомий опір матеріалу ρ можна обчислити, використовуючи формули 1, 2:

, (1)

, (2)

де R – опір провідника, Ом;

ρ – питомий опір провідника, Ом·м;

l – його довжина, м;

S – площа поперечного перетину провідника (площа круга), м2;

r – радіус провідника, м;

d – діаметр провідника, м.

Опір провідника R можна обчислити за законом Ома для ділянки кола, якщо скласти електричне коло за схемою, поданою на малюнку 1 і виміряти амперметром силу струму I, а вольтметром - напругу U.

У цьому випадку питомий опір ρ провідника визначається з формули 1 з урахуванням формули 2 і матиме вигляд:

, (3)

або врахувавши закон Ома для ділянки кола

, (4)

де U – напруга на ділянці дроту з великим питомим опором, В;

І – сила струму у електричному колі, А.

Малюнок 1 – Електричне коло

Порядок виконання роботи

4.1. Скласти електричне коло за схемою, що зображено на малюнку 1. Змінюючи положення повзунка реостата, підібрати силу струму не більшу за 0,5 А (щоб не перевантажити джерело струму).

Виміряти силу струму і напругу на досліджуваному опорі при цій силі струму.

Виміряти довжину провідника лінійкою, а діаметр дроту – мікрометром у трьох-чотирьох місцях. Якщо результати вимірювань діаметра дроту різні, то обчислити середнє значення діаметра.

Обчислити приблизне значення питомого опору провідника за формулою 4. ............