Метод измерений и экспериментальная установка
Для измерения удельного сопротивления проводника в настоящей работе используется метод вольтметра-амперметра. Название метода отражает его суть: одновременно измеряются напряжение на исследуемом образце и ток, текущий по нему. Схема измерений показана на рис. 2.
Электрическая цепь состоит из источника постоянного напряжения 1, амперметра 2, вольтметра 3, ограничивающего сопротивления 4 (реостат), реохорда 5. Реохорд представляет собой линейку, на которой натянута металлическая проволока (исследуемый образец). Вдоль проволоки может перемещаться подвижный контакт, с помощью которого устанавливается длина измеряемого участка. В ходе работы одновременно измеряется ток в цепи I и напряжение на части образца U. Вариация тока достигается изменением выходного напряжения источника питания 1. Ручку реостата трогать не нужно.
|
Рис.2. Метод вольтметра-амперметра
Сопротивление образца согласно закону Ома равно
(1)
Для длинного однородного образца постоянного сечения
(2)
где ρ - удельное сопротивление проводника (сопротивление единицы длины проводника, имеющего единичную площадь поперечного сечения), l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения. Соотношения (1), (2) вместе с результатами измерений тока и напряжения дают возможность определить удельное сопротивление проводника.
Проведение измерений
1. На отдельных щитках представлены 4 прибора с открытыми крышками. Познакомьтесь с устройством этих приборов. По шкале приборов "расшифруйте" их систему, класс, предназначение и условия работы.
2. В работе используются точные электроизмерительные приборы с чувствительной головкой. Они требуют к себе очень аккуратного отношения. При проведении измерений обращайте внимание на положение регулируемых переключателей (ручек) приборов. Предварительно выставляйте положение ручек исходя из ожидаемых величин сигналов.
3. Соберите электрическую схему, показанную на рис. 2. До включения источника постоянного напряжения необходимо убедиться в следующем:
1) источник питания заземлен. Без заземления источник в сеть не включать; 2) выходное напряжения источника питания не превышает нескольких вольт;
3) амперметр и вольтметр находятся на самых грубых пределах
измерений (измерение максимального тока и напряжения);
4) ручка реохорда находится в среднем положении.
4. После проверки собранной схемы преподавателем включите источник постоянного напряжения. Наблюдайте отклонение стрелки на шкале измерительных приборов. Если стрелка отклоняется слишком мало, выберите подходящий диапазон измерений. Передвиньте движок реохорда в крайнее левое положение (минимальная длина и, соответственно, минимальное сопротивление).
5. Передвигая движок реохорда направо, записывайте ток в цепи, напряжение на реохорде и соответствующее положение движка(по миллиметровой линейке). Целесообразно в ходе измерений показания приборов записывать в делениях шкалы без какой-либо обработки. После проведения измерений можно сделать все необходимые расчеты. Ниже приведен примерный вид таблицы:
Таблица
| N | l, мм | I, дел | I, A | U, дел | U, в |
Здесь "I, дел", "I, А" - величина тока в делениях шкалы амперметра и в амперах соответственно (аналогично для напряжения U). Значение "I, дел" необходимо для оценки погрешности.
6. Измените выходное напряжение источника питания и
повторите измерения. Ограничьтесь выходным напряжением не
более 10 В. Как могут измениться результаты измерений при
очень большом напряжении? (ответьте теоретически).
7. По результатам измерений постройте графики 
и 
. Объясните полученные зависимости.
8. Для того чтобы найти удельное сопротивление провода необходимо знать его сечение. Отключите источник питания. Возьмите микрометр или штангенциркуль и измерьте диаметр провода. Используя результаты своих измерений, найдите удельное сопротивление образца.
9. Оцените погрешность определения удельного сопротивления. Что вносит основной вклад в эту погрешность?
10. В работе приведена таблица, включающая взятые из справочника значения удельного сопротивления различных металлов и сплавов. На основании полученной экспериментальной информации определите, из какого материала изготовлена проволока.