Приборы и принадлежности, используемые в работе:
1.Амперметр.
2.Вольтметр.
3.Источник тока.
4.Проводник металлический R.
5.Реостат R1.
6.Соединительные провода.
Цель работы:
Научиться опытным путем определять величину удельного сопротивления проводника.
1.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.
Когда по металлическому проводнику, являющемуся участком замкнутой цепи, протекает ток, то между силой тока I в проводнике и напряжениях на его зажимах U существует прямо пропорциональная зависимость, выражаемая законом Ома , который гласит, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению:
Величина R, называется электрическим сопротивлением или просто сопротивлением проводника. Аналогично тому, как трение в механике создает противодействие движению тела и приводит к превращению механической энергии во внутреннюю энергию тела, сопротивление проводника характеризует противодействие току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц.
Сопротивление участка цепи измеряется напряжением на этом участке, необходимым для получения в нем тока, равного единице.
В СИ за единицу сопротивления принимается Ом. Омом называется сопротивление такого проводника, по которому течет ток в 1 А при напряжении на его концах в 1 В. Сопротивление проводника зависит от материала проводника, т. е. строения его кристаллической решетки, а также его формы и размеров. Для однородного цилиндрического проводника (проволоки) длиной и площадью поперечного сечения S сопротивление определяется по формуле:
Величина , характеризующая зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называется удельным сопротивлением вещества.
Единицей удельного сопротивления в СИ является 1 Ом м.
Из формул (2) и (3) можно получить рабочую формулу для определения величины опытным путем:
(4)
Так как проводник имеет цилиндрическую форму, то площадь его сечения определяется по формуле , где d - диаметр поволоки.
Тогда окончательная рабочая формула примет вид:
2. ХОД РАБОТЫ.
1. Собрать цепь по следующей схеме:
2. Измерьте амперметром 5 значений силы тока, текущего через исследуемое сопротивление R и вольтметром напряжение на его зажимах.
3. Изменяя реостатом сопротивление R1, силу тока и напряжение, получите еще 6 значений тока и напряжения.
4. Вычислите по формуле (5) удельное сопротивление для каждой пары значений силы тока и напряжения.
5. Определить вещество из которого сделан проводник (см. приложение).
6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
7. Сделать вывод о проделанной работе.
В таблице Дел - число делений, на которое отклонилась стрелка амперметра или вольтметра при очередном измерении.
В следующую колонку после Дел записывается сила тока или напряжение в цепи, которые вычисляются по формуле:
(цена деления) ;
U = n V × (цена деления).
ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЙ
Цена одного деления амперметра=…
Цена одного деления вольтметра=…
Приложение: Удельное сопротивление
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПЕРВОГО УРОВНЯ.
1.Как записывают и формулируют закон Ома для однородного участка цепи постоянного тока?
2. Установите в СИ единицы сопротивления и проводимости и сформулируйте определения этих единиц
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ВТОРОГО УРОВНЯ.
3. От чего зависит сопротивление проводника (формула зависимости).
4. Что называется удельным сопротивлением? Каков физический смысл этой величины.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ТРЕТЬЕГО УРОВНЯ.
5. Как опытным путем определить величину удельного сопротивления проводника?
Тема называется: Электрическое сопротивление проводника. Что это такое. В ней я постараюсь освежить Ваши знания (кто подзабыл) и раскрыть секретную информацию (для тех, кто вовсе не знал) об этом простом, основополагающим и повсеместно распространённом понятии.
Как Вы знаете, в нашем мире на любое действие есть своё противодействие. К примеру, на движущуюся машину будет действовать сила трения (об воздух, о поверхность дороги, трение внутренних частей и т.д.), при нагревании, какого либо предмета на него обязательно будет влиять более низкая температура окружающей среды, которая после прекращения нагревания, вернёт предмету прежнюю температуру. В сфере электричества подобное обратное влияние (по отношению к протеканию электрического тока) будет оказывать электрическое сопротивление.
Электрическое сопротивление проводника, это некоторая способность материалов (точнее, веществ из которых и сделан сам проводник) противодействовать движению заряженных частиц внутри этого проводника. Причём, следует заметить, что при этом противодействии происходит некоторое преобразование электрической энергии в иной её вид (в основном, электроэнергия преобразуется в тепло).
Электрическое сопротивление имеет свою единицу измерения под названием «Ом». 1 Ом — это сопротивление, которое будет иметь столб ртути с высотой — 106,3 см; поперч. сеч. — 1 кв.мм. и температурой — 0 град. Сопротивление принято обозначать буквой — R или r. Название величин сопротивления: Ом, кОм (1 килоом = 1000 Ом), мОм (1 мегаом = 1000 000 Ом).
Чтобы лучше понять суть сопротивления (как и из-за чего оно возникает) следует вспомнить школьные уроки химии и физики, на которых рассказывали о структуре веществ. Твёрдые вещества представляют собой множество атомов (молекул). Они крепко связаны между собой полями и образуют структуру в виде кристаллической решётки. Вокруг каждого атома (по его орбитам) вращаются электроны. Электроны, что расположены дальше всего от атома, способны отрываться и перелетать на соседние атомы. Такие электроны называются свободными и благодаря ним, материалы (проводники) могут проводить через себя электрический ток.
При подключении внешнего постоянного источника электропитания (электрического поля) свободные электроны упорядочено начинают перемещаться с одного конца проводника в другой. Если бы при их перемещении им ничего не мешало, то и про проводник можно сказать, что он имеет нулевое сопротивление (сверхпроводимостью обладают некоторые материалы при сверхнизких температурах = -273 град.). При нормальных же температурах электрические проводники имеют ряд препятствий для прохода электронов, откуда и возникает это самое электрическое сопротивление проводника.
Что порождает и влияет на электрическое сопротивление? Как ни странно, но, это сами атомы, так как они и мешают электронам на их пути. Электрону, что несётся на огромной скорости, постоянно приходится натыкаться на атомы, теряя при этом свою внутреннюю энергию, которая в свою очередь, превращается в тепло. Следовательно, чем длиннее путь (проводник), тем больше будет у него внутреннее сопротивление. Чем больше сечение проводника, то наоборот, электрическое сопротивление его будет уменьшаться (большее электронов пройдёт через него).
Поскольку у различных материалов (веществ) различные структуры кристаллических решеток, следовательно, и сопротивление у них будет тоже разное. Это ещё называется удельным сопротивлением материала. То есть, удельное сопротивление, это определённое значение электрического сопротивления, которое в точности соответствует определённому материалу (проводнику), при длине в 1 метр и поперечным сечением в 1 кв.мм. Удельное сопротивление обозначается буквой «p». Ниже приведена таблица удельного сопротивления проводников.
Для расчёта электрического сопротивления определённой длины и сечения того или иного материала используют следующую формулу: R=p*L/S
R = электрическое сопротивление;
p = удельное сопротивление материала;
L = длина проводника;
S = поперечное сечение проводника.
Следует (но не обязательно) учитывать, что значение температуры также влияет на общее электрическое сопротивление проводника. При нагревании проводника в нём происходит увеличение хаотического движения атомов вещества. Это в свою очередь затрудняет протекание электронов по этому проводнику, что и увеличивает общее сопротивление этого материала. При простом (особая точность не требуется) расчёте электрического сопротивления, обычно температура не берется в расчёт, так как её влияние незначительно. Приблизительное значение зависимости температуры на сопротивление: 0.4% на 1 град.
На этом и завершу тему: Электрическое сопротивление проводника. Что это такое.
P.S. Несмотря на то, что медь и алюминий не самые лучшие проводники электрического тока (серебро лучше проводит электричество), их широкое применение обусловлено относительной дешевизной и большим количеством в природе.
1-02-2012, 14:02 |
Тема называется: Электрическое сопротивление проводника. Что это такое. В ней я постараюсь освежить Ваши знания (кто подзабыл) и раскрыть секретную информацию (для тех, кто вовсе не знал) об этом простом, основополагающим и повсеместно распространённом понятии.
Как Вы знаете, в нашем мире на любое действие есть своё противодействие. К примеру, на движущуюся машину будет действовать сила трения (об воздух, о поверхность дороги, трение внутренних частей и т.д.), при нагревании, какого либо предмета на него обязательно будет влиять более низкая температура окружающей среды, которая после прекращения нагревания, вернёт предмету прежнюю температуру. В сфере электричества подобное обратное влияние (по отношению к протеканию электрического тока) будет оказывать электрическое сопротивление.
Электрическое сопротивление проводника, это некоторая способность материалов (точнее, веществ из которых и сделан сам проводник) противодействовать движению заряженных частиц внутри этого проводника. Причём, следует заметить, что при этом противодействии происходит некоторое преобразование электрической энергии в иной её вид (в основном, электроэнергия преобразуется в тепло).
Электрическое сопротивление имеет свою единицу измерения под названием «Ом». 1 Ом — это сопротивление, которое будет иметь столб ртути с высотой — 106,3 см; поперч. сеч. — 1 кв.мм. и температурой — 0 град. Сопротивление принято обозначать буквой — R или r. Название величин сопротивления: Ом, кОм (1 килоом = 1000 Ом), мОм (1 мегаом = 1000 000 Ом).
Чтобы лучше понять суть сопротивления (как и из-за чего оно возникает) следует вспомнить школьные уроки химии и физики, на которых рассказывали о структуре веществ. Твёрдые вещества представляют собой множество атомов (молекул). Они крепко связаны между собой полями и образуют структуру в виде кристаллической решётки. Вокруг каждого атома (по его орбитам) вращаются электроны. Электроны, что расположены дальше всего от атома, способны отрываться и перелетать на соседние атомы. Такие электроны называются свободными и благодаря ним, материалы (проводники) могут проводить через себя электрический ток.
При подключении внешнего постоянного источника электропитания (электрического поля) свободные электроны упорядочено начинают перемещаться с одного конца проводника в другой. Если бы при их перемещении им ничего не мешало, то и про проводник можно сказать, что он имеет нулевое сопротивление (сверхпроводимостью обладают некоторые материалы при сверхнизких температурах = -273 град.). При нормальных же температурах электрические проводники имеют ряд препятствий для прохода электронов, откуда и возникает это самое электрическое сопротивление проводника.
Что порождает и влияет на электрическое сопротивление? Как ни странно, но, это сами атомы, так как они и мешают электронам на их пути. Электрону, что несётся на огромной скорости, постоянно приходится натыкаться на атомы, теряя при этом свою внутреннюю энергию, которая в свою очередь, превращается в тепло. Следовательно, чем длиннее путь (проводник), тем больше будет у него внутренее сопротивление. Чем больше сечение проводника, то наоборот, электрическое сопротивление его будет уменьшаться (большее электронов пройдёт через него).
Поскольку у различных материалов (веществ) различные структуры кристаллических решеток, следовательно, и сопротивление у них будет тоже разное. Это ещё называется удельным сопротивлением материала. То есть, удельное сопротивление, это определённое значение электрического сопротивления, которое в точности соответствует определённому материалу (проводнику), при длине в 1 метр и поперечным сечением в 1 кв.мм. Удельное сопротивление обозначается буквой «p». Ниже приведена таблица удельного сопротивления проводников. 
Для расчёта электрического сопротивления определённой длины и сечения того или иного материала используют следующую формулу: R=p*L/S
R = электрическое сопротивление;
p = удельное сопротивление материала;
L = длина проводника;
S = поперечное сечение проводника.
Следует (но не обязательно) учитывать, что значение температуры также влияет на общее электрическое сопротивление проводника. При нагревании проводника в нём происходит увеличение хаотического движения атомов вещества. Это в свою очередь затрудняет протекание электронов по этому проводнику, что и увеличивает общее сопротивление этого материала. При простом (особая точность не требуется) расчёте электрического сопротивления, обычно температура не берется в расчёт, так как её влияние незначительно. Приблизительное значение зависимости температуры на сопротивление: 0.4% на 1 град.
На этом и завершу тему: Электрическое сопротивление проводника. Что это такое.
P.S. Несмотря на то, что медь и алюминий не самые лучшие проводники электрического тока (серебро лучше проводит электричество), их широкое применение обусловлено относильной дешевизной и большим количеством в природе.
