Эксперимент в физике. Физический практикум. - Шутов В. И.
ISBN:5-9221-0632-5
Скачать (прямая ссылка):
«Столкновения» электронов с ионами в классическом объяснении становятся причиной сопротивления электрическому току.
Чем длиннее проводник, тем столкновений больше, тем больше сопротивление. Чем больше сечение проводника, тем меньше столкновений при прочих равных условиях. Чем сильнее заряжены ионы, тем сильнее они притягивают движущиеся электроны, тем вероятнее столкновения — тем больше сопротивление, т. е. сопротивление зависит также от материала проводника.
Определение удельного сопротивления
97
Все это учитывает эмпирическая формула для расчета сопротивления однородного проводника длиной I и сечением 5, сделанного из материала с удельным сопротивлением руд.
В
_ Руді
(?)
Из этой формулы очевидно, что удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника сечением I м2 и длиной 1 м. В этом состоит его физический смысл.
В настоящей работе измеряется удельное сопротивление нихромовой
проволоки небольшого диаметра. Так как В, = у, приравнивая это выра-
7Г0/ ^
жение к (3) и учитывая, что Б = —, получим окончательную расчетную
4
формулу
Руд
411
(4)
Экспериментальная часть
1. Измеряя микрометром диаметр нихромовой проволоки, можно рассчитать площадь ее поперечного сечения Б. Измерения делают пять раз на различных ее участках. Заполняют таблицу 1.
Таблица 1
№ (1г, мм Асіг, ММ Ас12г, мм2
1.
2.
3.
4.
5.
Средние 7і =
98
Определение удельного сопротивления
2. Вычисляют значение абсолютной погрешности диаметра сі.
А(1СЛуЧ - /(>
= . . . ММ,
Дсіцриб = 0,01 мм,
Аё = ^Ас11луч + Аё1ршб и А^с-луч + Ас111риб = .
Окончательный результат:
а = а±Аё, е(<1) = ...%.
3. Вычисляют значение площади сечения проволоки Б.
5 = —, є(5) = 2є(гі),
4
А5 = ?(5)5.
Окончательный результат: 5 = 5 =Ь А5, с (5) = ... %. 4. Собирают электрическую схему эксперимента (рис. 3).
V
тА
К
Рис. 3.
Проволока с подвижным контактом, положение которого определяет деление проволоки на два участка (два сопротивления), называется реохордам.
5. Для семи различных значений длин проволоки, которые устанавливают передвижением подвижного контакта реохорда, измеряют силу тока I и напряжение II. Заполняют таблицу 2.
Определение удельного сопротивления
99
Таблица 2
№> К, в Л. А /}гуд,Ом-м р. Ом-м
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Напряжение источника не должно превышать 1,5 В. В противном случае произойдет значительный нагрев вольфрамовой проволоки и сопротивление ее будет изменяться.
5. Удельное сопротивление для каждой длины проволоки рассчитывается по формуле (4), а затем вычисляется среднее значение удельного сопротивления как
Так как (4) является произведением физических величин, удобнее сначала вычислить относительную погрешность для семи полученных значений ргуд, а затем абсолютную:
фуд) = 2e(d) + e(l) + e(U) + e(I) = 2e{d) + у + e(U) + е(1).
АРуд = Руд Фуд)-
Погрешности для U и I — приборные и определяются в документации на измерительные приборы; AI = 1 мм.
Принимая за абсолютную погрешность максимальную из семи вычисленных абсолютных погрешностей, получим окончательный результат:
Руд = Руд ± АРуд, Фуд) = ...%.
100
Определение удельного сопротивления
Если
Руд Руд. табличное
результат можно считать достоверным.
Контрольные вопросы
• Почему не стали исправлять историческое заблуждение о направлении электрического тока в металлах?
• Что такое электрическое напряжение?
• 11очему сумма падений напряжений в замкнутом контуре равна нулю?
• Из-за чего возникает сопротивление электрическому току?
• Какой физический смысл удельного сопротивления?
• Почему нельзя вместо нихромовой проволоки взять медную в данной работе?
• 11оч ему напряжение источника не может быть достаточно большим?
• Вывести формулу для рачета погрешностей измерения рУД.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 15
Цель работы — научиться измерять сопротивления с помощью мостика Уитстона, убедиться на эксперименте в справедливости законов постоянного тока.
Теоретическое введение
1. Закон Ома. Сопротивление проводника. Если через некоторую поверхность переносится суммарный заряд, отличный от нуля, говорят, что через поверхность течет электрический ток.
Ток может протекать в твердых телах (металлы, проводники), в жидкостях (электролиты), в газах и в вакууме.
Необходимые и достаточные условия для электрического тока — наличие свободных зарядов и наличие электрического поля.
Свободные заряды обычно совершают хаотическое (тепловое) движение со скоростью и. При включении электрического поля на это движение накладывается упорядоченное движение со скоростью V. Таким образом, результируюI идя скорость носителей тока равна V + и в любой момент времени. Среднее значение этой скорости
v + u = v + u = v,
так как средняя скорость хаотического движения и = 0.
Если за время сЫ (бесконечно малый промежуток времени) через поверхность переносится заряд с1д, то
= « (1)
называется силой тока. Размерность силы тока [I] = — = — = А (ампер).
М с
Немецкий ученый Г. Ом экспериментально установил закон, согласно которому сила тока текущего по однородному проводнику из металла, пропорциональна падению напряжения II на проводнике
