лаб Э-2
.docЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № Э-2
Изучение закона Ома для участка цепи.
Для участка цепи (не содержащего источник тока) немецким ученым Омом экспериментально установлен закон: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорционально сопротивлению проводника, т.е. (1)
Опыты показывают, что сопротивление металлических проводников зависит от размеров проводника и материала, из которого изготовлен проводник. Сопротивление проводника постоянного поперечного сечения пропорционально его длине и обратно пропорционально площади сечения:
. (2)
В этом выражении ρ характеризует материал проводника и называется удельным сопротивлением материала.
Сопротивление металлических проводников обусловлено столкновением свободных электронов с ионами кристаллической решетки.
Свободные электроны в проводнике совершают хаотическое движение подобно молекулам идеального газа. При включении электрического поля на хаотическое движение электронов накладывается направленное движение – так называемый дрейф электронов в направлении противоположном вектору напряженности поля. В процессе дрейфа электроны сталкиваются с встречающимися на их пути ионами кристаллической решетки. Чем чаще происходят эти столкновения, тем меньше скорость дрейфа и тем меньший заряд переносится через поперечное сечение проводника, т.е. тем меньше сила тока в проводнике.
Сопротивление проводников зависит также от температуры. Для большинства металлов зависимость сопротивления от температуры выражается формулой:
где Rо – сопротивление проводника при 0оС; t – температура проводника по шкале Цельсия; α – температурный коэффициент сопротивления, для чистых металлов (при не очень низких температурах) близкий к . Значит, температурная зависимость сопротивления может быть представлена в виде:
, где Т – термодинамическая температура.
Представим закон Ома в дифференциальной форме. Подставив выражение (2) в закон Ома (1), получим (3), где величина , обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью вещества проводника. Её единица – сименс на метр (См/м). Учитывая, что - напряженность электрического поля в проводнике, плотность тока, формулу (3) можно записать в виде: , это выражение – закон Ома в дифференциальной форме, связывающий плотность тока в любой точке внутри проводника с напряженностью электрического поля в этой же точке.
При составлении электрической цепи проводники могут соединяться последовательно или параллельно:
При последовательном соединении проводников (Рис. 1):
а) сила тока во всех участках цепи одинакова: I = const;
б) падение напряжения в цепи равно сумме падений напряжений на отдельных участках: U = U1 + U2;
в) падение напряжения на проводниках прямо пропорционально их сопротивлениям: ;
г) общее сопротивление цепи, состоящее из n последовательно соединенных проводников, равно сумме сопротивлений отдельных проводников:
(1)
При параллельном соединении проводников (Рис. 2):
а) сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов, текущих в разветвленных участках цепи: ;
б) падение напряжения в параллельно соединенных участках цепи одинаковы:
;
в) силы токов в участках разветвленной цепи обратно пропорционально их сопротивлениям: ;
г) общее сопротивление цепи, состоящее из n параллельно соединенных проводников равно: (2).
Порядок выполнения работы:
-
Подключить стенд к сети тумблером «сеть».
-
Установить «избиратель управления» в положение «Соединение резисторов».
-
К клеммам 1 и 2 подсоединить резистор R1.
-
Вращая ручку регулятора напряжения по вольтметру V, установить заданную преподавателем величину напряжения.
-
Определить силу тока по гальванометру по максимальному отклонению стрелки.
-
Вычислить величину сопротивления R1 при данном напряжении по закону Ома.
-
К клеммам 1 и 2 поочередно подключить R2 и R3 и определить их сопротивление.
-
К клеммам 1 и 2 подключить параллельно два резистора, и снять показание Iопыт по гальванометру, определить Rоб по формуле (2).
-
Рассчитать Iрасч при заданном U и расчетном Rоб при параллельном соединении, сравнить Iопыт и Iрасч. Оценить относительную погрешность:
-
К клеммам 1 и 2 подключить последовательно два резистора и определить Rоб по формуле (1).
-
Рассчитать Iрасч при заданном U и расчетном Rоб при последовательном соединении, сравнить Iопыт и Iрасч. Оценить относительную погрешность:
Контрольные вопросы.
-
Закон Ома для участка цепи.
-
Удельная электрическая проводимость.
-
Закон Ома в дифференциальной форме.
-
Как зависит сопротивление металла от температуры?
-
Определить общее сопротивление R цепи, представленной на рисунке.
r = 1 Ом R1 = 4 Ом R2 = 3 Ом R3 = 12 Ом R4 = 6 Ом
|