МЕТАЛЕВИХ ПРОВІДНИКІВ
Ціль роботи - вивчити вплив температури й змісту домішки на опір металевих провідників.
([1], с.186-229; [2], с.27-89)
Методика проведення експерименту
Досліджуються металеві сплави на основі міді й нікелю (типу константану), а також нікелю й хрому (типу ніхрому). Їхні основні параметри наведені в табл. 3.1.
Питомий опір провіднику можна визначити так:
, (3.1)
де R - опір провідника; l - довжина; S - площа поперечного переріза.
Таблиця 3.1– Параметри досліджувальних зразків
| № п/п | Склад | Довжина, м | Діаметр, мм | Т, °С | R, Ом | ρ, мкОм-м | αρ, К-1 |
| Сu 85% + Nі 15% Сu 60% + Nі 40% Сu 20% + Nі 80% Сu 100% Nі 80% + Cr 20% | 8,7 6,2 7,7 30,0 6,5 | 0,17 0,18 0,12 0,08 0,40 |
Температурний коефіцієнт питомого опору визначається по температурній залежності питомого опору провідника:
(3.2)
де ρ - питомий опір при кімнатній температурі; dρ/dT - нахил прямої в координатах ρ = f(T).
Для зняття температурної залежності опору металевих провідників використовується наступна схема виміру (рис. 3.1).
Завдання до лабораторної роботи
1. Помістити плату з досліджуваними зразками в термостат.
2. Виміряти тестером Щ4313 опір всіх металевих провідників при кімнатній температурі. Зразки вибирають перемикачем "Вибір зразка", розташованим на стенді, згідно табл. 3.1.
3. Включити термостат і вимірити кімнатну температуру.
4. У міру прогріву зразків вимірювати значення опору кожного зразка й температури через кожні 5° в інтервалі 20...70 °С.
5. Розрахувати питомий опір зразків при кожному значенні температури по (3.1) і побудувати графік залежності питомого опору від температури для кожного зразка.
6. По нахилу прямої залежності питомого опору від температури визначити температурний коефіцієнт питомого опору для кожного матеріалу, використовуючи (3.2).
7. Побудувати графік залежності питомого опору й температурного коефіцієнта питомого опору для перших чотирьох зразків від складу сплаву мідь-нікель.
8. Зрівняти отримані значення питомого опору й температурного коефіцієнта питомого опору з довідковими.
9. Зробити висновки про вплив температури й домішки на питомий опір і температурний коефіцієнт питомого опору металевих провідників.
Теоретичні відомості
Провідникові матеріали
Поводження провідника в електричному полі обумовлено його властивостями, які оцінюють за допомогою наступних параметрів: питомого опору; температурного коефіцієнта питомого опору; питомої теплопровідності; контактної різниці потенціалів або термоЕРС.
Питомим опором називають опір куба, якщо струм протікає через його протилежні грані.
Температурним коефіцієнтом питомого опору називають відносну зміну питомого опору провідника при зміні температури на 1 0С.
Щільність струму в провіднику
j = enVдр (3.3)
де e - заряд електрона; n - концентрація електронів; Vдр - дрейфова швидкість електронів.
Знаючи, що дрейфова швидкість носіїв заряду пропорційна напруженості прикладеного поля
Vдр = µЕ, (3.4)
де µ - рухливість електрона.
Запишемо закон Ома в диференціальній формі:
j = enµE = σE, (3.5)
де σ - питома електрична провідність.
Величина, зворотна питомої електричної провідність, є питомий опір
(3.6)
З обліком
(3.7)
де λсв - середня довжина вільного пробігу електрона; VT – середня теплова швидкість електрона,
одержимо
(3.8)
Оскільки електрони в металах являють собою виродженний газ, їхня теплова швидкість не залежить від температури. Крім того, всі електрони в металах вільні, а виходить, і їхня концентрація не залежить від температури. Таким чином, вплив зовнішніх факторів на питомий опір металів необхідно розглядати як вплив на довжину вільного пробігу.
