Методика проведения эксперимента

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 - температурный коэффициент сопротивления, зависящий от материала проводника,

R0 - сопротивление проводника при 0°C.

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

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

(2)

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

Таблица 1

Металл Медь Вольфрам Платина Хром Никель Палладий Серебро
, 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 R0.

5. Рассчитайте по формуле 2 значение температурного коэффициента сопротивления . 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 R0 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?