1001

Измерение низких сопротивлений материалов

Лабораторная работа

Физика

Определение удельного сопротивления металлов и других низкоомных материалов с помощью измерительного усилителя. Концентрация свободных электронов в металле при однократной ионизации. отношение удельной теплопроводности к удельной проводимости металла.

Русский

2013-01-06

184 KB

146 чел.

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Кафедра общей и технической физики

 СПГГИ (ТУ) им. Г.В. Плеханова

Кафедра ОТФ

Отчет

по лабораторной работе №8

Измерение низких сопротивлений материалов

Выполнил:       студент группы ЭР-08-1 Фадин Д.А.

Проверил:         ___________     доцент Фицак В.В.

СПб

2009

I. Цель работы - определение удельного сопротивления металлов и других низкоомных материалов с помощью измерительного усилителя.

  1.  Краткое теоретическое обоснование.

  1.  В этой работе изучается сопротивление материалов: алюминия и меди.
  2.  Сопротивление – это величина, характеризующая способность проводника препятствовать проходящему через него электрическому току.

(1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В течет постоянный ток 1 А)

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц или заряженных макроскопических тел.     

           Длина свободного пробега электрона – это расстояние l, которое он пролетает за время свободного пробега от одного столкновения до следующего.

Контактное сопротивление обусловлено растеканием тока в объём образца с малой поверхности контакта.

Удельное электрическое сопротивление – сопротивление для однородного линейного проводника длиной l и площадью поперечного сечения S.

  1.  Концентрация свободных электронов в металле при однократной ионизации

будет равна концентрации атомов и может быть рассчитана по формуле:

Плотность тока в проводнике определяется выражением:

, где  – средняя скорость направленного движения носителей заряда

Выражение для удельной электропроводности в рамках классич. теории:

Закон Видемана – Франца, устанавливающий связь между проводимостью и теплопроводностью металла:    

Квантовые представления об электропроводности металлов:

, где – удельное сопротивление, n – концентрация электронов,  – их средняя длина свободного пробега, h – постоянная Планка

Закон Ома для участка цепи :  

Закон Ома в дифференциальной форме:

Закон Ома в интегральной форме:  

4. Основываясь на формулах удельной электропроводности металлов можно предположить, что результаты, полученные из расчетов, окажутся близкими к табличным по значению, и контактное сопротивление будет в разы превышать активное, это следует из формулы активного сопротивления , конкретно что площадь контакта с проводами меньше, чем площадь изучаемого проводника.

III.  Расчетные формулы.

1) концентрация свободных электронов   ,  где dплотность материала, – атомная масса, – число Авогадро.

2) отношение удельной теплопроводности к удельной проводимости металла

 ,  где - удельная электропроводность, - удельная теплопроводность, T – температура, kпостоянная Больцмана.

3) удельное сопротивление  ,   где dдиаметр стержня, l – расстояние между контактными гнёздами, S – площадь поперечного сечения.

4) сопротивление на участке цепи   , I – сила тока,   - обратное сопротивление.

 IV.  Формулы погрешностей косвенных измерений.

V. Таблицы с результатами измерений и вычислений.

Таблица 1.Алюминий

I

А

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

1,5

1,75

2

R(al)ср

U

В

5,2

10,5

14,5

19,4

23,5

27,5

32,5

37,2

41,3

Ral

Ом

0

0,042

0,029

0,026

0,024

0,022

0,022

0,021

0,021

0,0257

Таблица 2.Алюминий

I

А

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

1,5

1,75

2

U

В

0,0063

0,63

1,23

1,8

2,42

2,98

3,56

4,17

4,67

среднее

Rп(al)

Ом

0

2,520

2,460

2,400

2,420

2,384

2,373

2,383

2,335

Rк(al)

Rк(al)

Ом

0,000

2,478

2,431

2,374

2,397

2,362

2,352

2,362

2,314

2,119

Таблица 3.Медь

I

А

0,000

0,250

0,500

0,750

1,000

1,250

1,500

1,750

2,000

R(cu)ср

U

В

6,600

8,900

11,200

14,400

16,700

18,600

22,300

24,800

27,800

Rcu

Ом

0,000

0,036

0,022

0,019

0,017

0,015

0,015

0,014

0,014

0,0190

Таблица 4.Медь

I

А

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

1,5

1,75

2

U

В

0,0059

0,78

1,53

2,26

3,02

3,68

4,46

5,23

5,91

среднее

Rп(cu)

Ом

0

3,120

3,060

3,013

3,020

2,944

2,973

2,989

2,955

Rк(cu)

Rк(cu)

Ом

0,000

3,084

3,038

2,994

3,003

2,929

2,958

2,974

2,941

2,658

VI.  Примеры вычисления:

  1.  Исходные данные: таблицы 1, 2, 3, 4.

  1.  Вычисления:
  2.  среднее значение сопротивления алюминиевого образца:

среднее значение сопротивления  медного образца:

  1.  удельное сопротивление алюминия и меди

l =

31,5

см

ρ(al)

0,040115

мкОм×м

d =

2,5

см

ρ(cu)

0,029553

мкОм×м

S

4,909

3) расчет контактного сопротивления Rк

 для алюминия

Rк Al = Rп Al – RAl = 2,335 – 0,021= 2,314 Ом

 для меди

Rк Cu = Rп Cu  R Cu= 2,955 – 0,014= 2,941 Ом

4) Длина свободного пробега электронов

Для алюминия:

а) длина свободного пробега электронов по классической теории:  

 б) длина свободного пробега электронов по квантовой теории:

 

Для меди:   

а) длина свободного пробега электронов по классической теории:

 б) длина свободного пробега электронов по квантовой теории:

 

5) Расчет удельной теплопроводности алюминия

 Расчет удельной теплопроводности меди

6) косвенные погрешности:

   Для алюминиевого стержня

 Ом

Для медного стержня

 Ом

  1.  Окончательные результаты

1) сопротивление алюминиевого образца 

  сопротивление медного образца 

 

2) удельное сопротивление алюминия

удельное сопротивление меди

      3) контактное сопротивление Rк

для алюминия

Rк Al = 2,314 Ом

для меди

Rк Cu = 2,941 Ом

4) Длина свободного пробега электронов

По классической теории:

м

м

По квантовой теории:

м

м

5) удельная теплопроводность

Для алюминия:

 

Для меди:

VII. Анализ полученного результата.

В лабораторной работе было определено активное и удельное сопротивление алюминиевого и медного стержней, рассчитаны косвенные погрешности, а так же измерено контактное сопротивление. Контактное сопротивление получилось значительно больше, чем активное в стержнях, как и предполагалось изначально. Длина свободного пробега электронов при расчетах по квантовой теории получилась в сто раз меньше, чем по формуле из классической теории.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81750. Сны героев. Их художественная функция в произведениях отечественной литературы 32.96 KB
  С одной стороны жизнь в этой деревне поражает своей сонливостью безмолвием бездеятельностью. Закономерности существования определяют приметы: брови чешутся слёзы; лоб кланяться с правой стороны чешется мужчине с левой женщине; уши зачешутся значит к дождю. С другой стороны в описании Обломовки заметен акцент на великолепии окружающей природы на хлебосольстве господ поэзии быта усадьбы красоте народных праздников ласке матери. Подчеркнуты нравственные стороны рисуемой жизни: искренность доброта и незлобие: В глазах...
81751. Тема прошлого, настоящего и будущего России в пьесе А.Чехова «Вишневый сад». Роль символики и подтекста в чеховской драматургии 36.04 KB
  Ситуация из жизни отдельных людей внутренне соотнесена в пьесе с ситуацией в жизни страны так уже было у Ч. На первый взгляд это опятьтаки обычная чеховская пьеса дающая картину нелепой нескладной жизни. В отличие от всех предшествующих пьес Чехова в Вишневом саде все эти образы нелепой и несчастливой жизни характеризуют не современную жизнь вообще а жизнь определенного исторического периода уже закончившегося изжитого. Вишневый сад рисует не устойчивый образ жизни а ее историческое движение.
81752. Тема свободы и ее философское звучание в произведениях русской поэзии 19 века 29.57 KB
  Таков и мцыри и лирический герой стих. Парус Лермонтовский герой – герой романтический мятежный поэтому страсти его всегда максимально накалены а его внутренний мир чрезвычайно сложен. Лирический герой противопоставляет себя обществу и оно не приемлет его. герой одинок как и парус в тумане моря голубом как Демон.
81753. Жанровое своеобразие и идейное звучание «Слова о полку Игореве» Связь «Слова…» с устным народным творчеством 32.87 KB
  Определив хронологический диапазонсвоего повествования от старого Владимира до нынешнего Игоря автор рассказывает о дерзком замысле Игоря навести свои полки на Половецкую землю испити шеломом Дону. В радостных тонах рисует автор встречу Игоря и Буй Тура Всеволода восторженно характеризует удалых кметей воинов курян. И хотя описывается первая победа принесшая русским князьям богатые трофеи автор вновь возвращается к теме грозных предзнаменований грядущего поражения кровавыя зори свет поведают черные тучи с моря идут...
81754. Тема любви и смерти в прозе И.А.Бунина 31.39 KB
  Бунина на примере одного произведения Рассказы Бунина о любви это повествование о ее загадочной ускользающей природе о тайне женской души которая томится жаждой любить но никогда не полюбит. Исход любви; по Бунину всегда трагичен В повести Митина любовь героя преследует романс Рубинштейна на слова Генриха Гейне: Я из рода бедных Азров Полюбив мы умираем. МуромцеваБунин а в книге Жизнь Бунина пишет о том что долгие годы Бунин носил в себе впечатление от этого романса который услышал в юношеском возрасте и в Митиной любви...
81755. Мотив дороги и его философское звучание в произведениях отечественной классики 19 века 31.76 KB
  Выражением концепции исторического пути народа или государства Н. Бричка Чичикова – символ однообразного кружения сбившейся с прямого пути души русского человека. А проселочные дороги по которым эта бричка колесит не только реалистическая картина российского бездорожья но и символ кривого пути национального развития. Птицатройка символ национальной стихии русской жизни символ великого пути России в мировом масштабе.
81756. Проблема ума в комедии А.С.Грибоедова «Горе от ума». Особенности языка и стиха пьесы 36.33 KB
  В комедии Горе от ума кто умное действующее лицо ответ: Грибоедов А знаешь ли что такое Чацкий Пылкий благородный и добрый малый проведший несколько времени с очень умным человеком именно с Грибоедовым и напитавшийся его мыслями остротами и сатирическими замечаниями. Но Чацкий не только умнее всех прочих лиц но и положительно умен. Между тем Чацкий как личность несравненно выше и умнее Онегина и лермонтовского Печорина. Ими заканчивается их время а Чацкий начинает новый век и в этом все его значение и весь ум.
81757. Герои и проблематика одного из произведений А. И. Куприна 38.21 KB
  Куприна. Куприн пишет на эту тему повесть Олеся. Куприн наделяет ее ярким характером. Поэтизируя жизнь не ограниченную современными социальными культурными рамками Куприн стремился показать явные преимущества естественного человека в котором он видел духовные качества утраченные в цивилизованном обществе.
81758. Тема города и деревни в произведениях отечественной литературы 35.02 KB
  В рассказе от образов Матрены и ее односельчан автор переходит к изображению картины русской деревни которая предстает перед нами серой бесприютной опустошенной. Пьянство сплетни и постоянное стремление урвать кусок побольше и получше делают жителей деревни равнодушными ко всему что не касается материальной стороны их жалкой жизни и грозят привести к тому что обнищавшее село вотвот рухнет развалится. является Матрена одинокая хозяйка дома где снимает комнату герой рассказа женщина с интересной но невероятно сложной и несчастливой...