Методика проведения эксперимента. Лабораторная работа №4 Изучение зависимости сопротивления металлов от температуры

Лабораторная работа №4 Изучение зависимости сопротивления металлов от температуры

Приборы и принадлежности: МУК-ТТ1:

1. Блок амперметра-вольтметра АВ1 1 шт.

2. Блок генератора напряжений ГН1 1 шт.

3. Стенд с объектами исследования С3-ТТ01 1 шт.

4. Соединительные провода с наконечниками Ш4-Ш1.6 6 шт.

Введение.

Для проводников первого рода (металлов) характерна значительная плотность свободных электронов. Если к участку проводника приложена разность потенциалов, то на хаотическое движение электронов накладывается их упорядоченное движение, вызванное действием электрического поля. Положительные ионы металла препятствуют направленному движению электронов. С увеличением температуры проводника колебательное движение ионов становится более интенсивным и поэтому сопротивление проводника возрастает.

В первом приближении зависимость сопротивления металла от температуры можно считать линейной:

,

(1)

где α - температурный коэффициент сопротивления, зависящий от материала проводника,

R ₀ - сопротивление проводника при 0°C.

Для некоторых электротехнических сплавов (манганин, нихром, константан) α настолько мал, что сопротивление проводников можно считать независящим от температуры.

Температурный коэффициент сопротивления α определяется как относительное изменение сопротивления проводника при изменении его температуры на 1°C.

(2)

Строго говоря, величина α зависит от температуры, поэтому из уравнения (2) можно определить лишь среднее значение в температурном интервале от 0°C до t °C. Но для чистых металлов α изменяется настолько незначительно, что в интервале температур от 0°C до 100°C его можно считать постоянным.

Явление зависимости сопротивления металлов от температуры используется в так называемых термометрах сопротивления. Термометры сопротивления представляют собой проволочные (обычно платиновые) сопротивления с известной температурной зависимостью. Измерение сопротивления такого проградуированного проводника, помещенного в исследуемую среду, позволяет однозначно определить температуру этой среды. Термометры сопротивления точнее и удобнее ртутных. Диапазон их применения несравненно шире (от -263°C до+1000°C).

Целью работы является изучение зависимости сопротивления проводника от температуры и определение температурного коэффициента сопротивления проводника.

Рис. 1

Коэффициент α для металлов положителен, почти не меняется с температурой и мал по абсолютной величине по сравнению с α для полупроводников. В таблице 1 приведены значения температурных коэффициентов сопротивления для некоторых металлов.

Таблица 1

Металл	Медь	Вольфрам	Платина	Хром	Никель	Палладий	Серебро
α, К-1 *10-3	4,3	5,0	3,9	2,4	6,7	3,6	4,1

 

Заметим, что зависимость (1) нельзя экстраполировать до абсолютного нуля температур, при стремлении к которому сопротивление обычных металлов (не сверхпроводников) стремится к некоторой конечной величине, обусловленной наличием примесей и дефектов решетки.

Методика проведения эксперимента

В качестве металлического образца в стенде С3-ТТ01 установлен металлический терморезистор (платиновый тонкопленочный резистор). Для нахождения сопротивления терморезистора модно воспользоваться методом амперметра-вольтметра по закону Ома.

(3)

Для проведения измерений электрическая схема представлена на рис. 1. Т. к. измеряемое сопротивление R намного меньше внутреннего сопротивления вольтметра, то вольтметр подключен параллельно измеряемому сопротивлению.

Рисунок 1

Выполнение работы.

1. Соберите схему рис. 1.

2. Снимите ВАХ U = f (I) металлического образца при двух различных температурах образца. Рекомендуемые значения температуры Т =300К и Т =360К. Рекомендуемый диапазон изменения тока 0 – 5 мА. Постройте графики.

3. Снимите зависимость напряжения от температуры при постоянном токе I=const и по формуле (3) получите зависимость сопротивления металлического образца от температуры R=f(T). Рекомендуемое значение тока 1мА. Т.к схема питается от генератора напряжения, то при нагреве образца ток может изменяться. Поэтому необходимо перед измерением установить требуемое значение тока.

4. Постройте график R=f(T). Определите из графика R _0.

5. Рассчитайте по формуле 2 значение температурного коэффициента сопротивления α. По таблице 1 определите материал, из которого сделан терморезистор.

 

Примечание: Для быстрого охлаждения образца воспользуйтесь вентилятором.

Контрольные вопросы

1. Объясните механизм проводимости в металлах с точки зрения электронной теории.

2. Почему сопротивление металлов увеличивается с возрастанием температуры?

3. У всех ли проводников сопротивление увеличивается с возрастанием температуры?

4. Что называется температурным коэффициентом сопротивления?

5. Выведите размерность температурного коэффициента сопротивления.

6. Что такое R ₀ и как оно определяется в работе?

7. Продлите график в сторону отрицательных температур. До какой температуры это возможно сделать?

8. Что такое электропроводность? Как зависит электропроводность металлов от температуры?