Mérése a fajlagos elektromos ellenállása a fém vezetékek
Lab № 12
Resistivity mérések
Úgy véljük, a kapcsolatos problémákat áramlását elektromos áram a fémes anyagok leírt mérési módszerét a fajlagos ellenállása a vezetékek használata révén egy Wheatstone-híd. A képletek, a kapcsolási rajz és mutatja be, hogyan és teljesítmény jelentést.
1. Elektromos áram fémekben
Elektromos áram megrendelt iránya az elektromos töltések mozgása. A fémek, a töltéshordozók a szabad elektronokat. vagy vezetési elektronok negatívan töltött részecskéket hordozó elemi töltés Cl. Irányított mozgását elektronok belül történik a teljes fémes vezetőt jelenlétében egy elektromos mező ott.
Az a képesség, egy anyag elektromos áram vezetésére, jellemzi egy adott elektricheskoyprovodimostyu (vezetőképesség) , amely fordítottan arányos annak az elektromos ellenállás. Értékek és jellegétől függ az a vezeték és a feltételeket, amelyek mellett ez található, különösen a hőmérséklet. Minden fém szilárd állapotban, egy kristályrács, ami soha nem tökéletes. A szóródása vezetési elektronok a saját mozgás a fém, ami egy olyan elektromos vezetékhez soprotivleniyaR miatt a termikus rezgések a rács és annak hibáját. Szigorú magyarázat fémek vezetőképessége mechanizmus kvantumelmélet ad szilárd.
Összhangban az Ohm-törvény integrál formájában áramerősség áram homogén fémvezetőből arányos a csepp a vezető napryazheniyaU
ahol, ebben az esetben egybeesik a különbség potenciálok a végeinél. A huzal mintadarab
ahol - a hossza a karmester,
- keresztmetszeti területe.
Az elektromos áram is jellemzi egy áramsűrűség vektort, amely számszerűen egyenlő a jelenlegi ereje révén az adott ponton elhelyezett terület irányára merőleges a mozgás a töltéshordozók, említett értékét ezen a területen,
Iránya egybeesik az irányt az elektromos mező vektort a fém vezetővel. Ami az irányt aktuális elrendezve, hogy a mozgás irányát a pozitív töltések, a vektor ellentétes irányba, hogy a rendezett mozgását az elektronok a fém.
Szerint Ohm-törvény differenciális formában,
1. ábra. A függőség az áramsűrűség az elektromos mező a fém vezetővel
A klasszikus elmélet a vezetőképesség magában foglalja, hogy a vezetési elektronok a fém molekulák úgy viselkednek, mint egy ideális gáz, előnyösen nem ütközik egymással és alkotó ionok a kristályrács a fém. Becslése átlagos sebesség véletlenszerű hőmozgás elektronok szobahőmérsékleten értékét adja meg m / s.
Amikor az elektromos mező a véletlenszerű mozgását elektronok szuperponálódik őket rendezett irányuló mozgás egy átlagos sebessége, amely lehet becsülni a következő képlettel
ahol - a koncentráció a szabad elektronokat. A különböző fém értékek 1 / m 3.
2. kiszámítása Wheatstone-híd alapuló Kirchhoff-törvények
2. ábra. Reakcióvázlat Wheatstone-híd
Ebben a tanulmányban a meghatározása ellenállás segítségével végzik el egyenáramú híd, más néven a Wheatstone-híd.
Wheatstone-híd (. 2. ábra) négy rezisztencia, amely egy fajta négyszög egyik átlója, amely tartalmazza egy áramforrás, és a másik - a galvanométer G. eszköz rögzítésére áram. A név „híd áramkör” annak a ténynek köszönhető, hogy a jelenlegi mutató G. hídként dobott két párhuzamos ág ABC és az ADC. A AVS ág két ellenállás: Rx ismeretlen és a referencia (meghatározott a kísérletvezető), és elágazási ADC - ellenállás és R4. és további számítások szükségesek nem a számszerű értékek, valamint azok kapcsolata.
Ahhoz, hogy megkönnyítse a kiszámítását elágazó láncú kifejlesztett számos segédeszközök, amelyek közül az egyik alkalmazásán alapul két szabályok Kirchhoff.
Az első szabály vonatkozik Kirchhoff csomópontok láncok algebrai összege áramok csomópont konvergáló nulla
A jelkonvenciót: áram folyik egy csomópont tekintjük pozitívnak, az ebből eredő - negatív.
Kirchhoff második szabály vonatkozik az elágazó láncú zárt kontúrokat: minden zárt algebrai összege feszültség egyenlő az algebrai összege elektromotoros erő előforduló ezen a pályán,
Összegek meghatározása a kiválasztott karakter pozitív irányba szívmotorral. A jel: a jelenlegi, amely egybeesik az irányt bejárás irányát pozitívnak tekinthető; EMF, potenciálja ami növeli a bejárás irányba, szintén magában foglal a „+” jel a (9) képletben. (9) egyenlet is, hogy akár bármely független zárt hurkok a elágazó láncú.
Kiszámítjuk a Wheatstone-híd áramkör alapján Kirchhoff-törvények. Kiválasztása az irányt a áramok ábrán látható. 2. kerek kontúr lesz óramutató járásával megegyező irányban. Ahhoz, hogy meghatározzuk a kívánt ellenállás Rx elég ahhoz, hogy írni a következő Kirchhoff egyenlet:
= 0 - a ABDA áramkör;
= 0 - a BCDB áramkör,
ahol R - Ellenállás galvanométer.
Az ellenállás megmérésére keresztül Wheatstone-híd ellenállás és úgy választjuk meg, hogy a jelenlegi keresztül a galvanométer nulla (Ir = 0), azaz potenciáljai B és D pontjai azonosnak kell lennie. Ugyanakkor. Ezt az állapotot nevezik a híd kiegyensúlyozott vagy egyensúlyi, és a rendszer (10) lényegesen egyszerűsödik.
Megoldása ez a rendszer egyenleteket, megkapjuk a képlet meghatározására
3. Alkalmazás Slidewire egy Wheatstone-híd
Ábra szerint. 2. (11) képlet meghatározására ismerniük kell, és hozzáállás. Ez az arány lehet helyettesíteni az arány a mennyiségek arányos az ellenállás, amely végzik ezt a munkát.
A működési diagram (ábra. 3) ág ADC kalibráljuk huzal Slidewire. Slidewire mentén mozog a csúszóérintkező a huzal D., amelyen keresztül tudja változtatni az arány a ellenállások és nem folyik áram, és megpróbálja a G. Legyen galvanométer kar hossza és a váll. Mind a ellenálláshuzal ki, és az (2) képletű, ahol, és - a mennyiségeket a huzal dia huzal. Ezután, a kifejezés (11) formájában
Ábra. 3. Működési telepítés program
Így, az ellenállás híd mérési módszer meghatározásával kapcsolatos hosszának a karok dia huzal és kiegyensúlyozott híd egy ismert rezisztencia.
Ez a tanulmány használ slidewire dob típus, amelyben egy homogén tekercselésű egy hengeres spirál. Ebben az esetben, a vezeték hossza a terület AD egyenlő, ahol - a hossza egy tekercs huzal, - a menetek száma per szakasz AD. A huzal hosszúsága egyenlő DC részt, ahol - a menetek száma per szakasz DC. Behelyettesítve a kifejezést (12), megkapjuk a számítási képlet meghatározására:
Nagysága az ellenállás jobb kiválasztásához, hogy amikor a végső kiegyenlítése a híd csúszó érintkező D közelebb állt a közepén, a dia huzal, amely megfelel a minimális hiba értékét.
B következtetést, hogy segítségével a leírt módszer nem határozható meg kellő pontossággal, túl kicsi ellenállás. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy kezd befolyásolja érintkezési ellenállás és vezetékeket, valamint fűtés a vállán a híd áthaladás közben aktuálissá.
4. a munkaterhelés
A Fizika Tanszék, Ural Állami Műszaki Egyetem használt szerelt állvány, akinek fényképe látható a számítógép előtt munkafájlhoz. Vezetői a híd áramkör a 3. ábra mutatja. az ellenállás a drót, amelyeket meg kell határozni. Mivel a kar a rezisztencia használt tárolni. Branch a ADC slidewire dob típus, amelyben egy homogén kalibrált huzal spirálisan feltekercselünk egy hengeres dob. A mozgó érintkező egy henger, melynek tengelye egyenes vonalú rúd. Amikor a dob forgása görgő megcsúszik (diát) mentén menetei a huzal mentén mozgó rúd. Beosztás a görgő segítségével határozzuk meg két skála - lineáris és cirkuláris. A tárcsa osztva 100 rész, alkalmazzák, hogy a végén a dob; a szétválás értéke a skála megfelel 0,01 rész a huzal hurok hossza (vagy 0,01 fordulat). Így a helyzet a görgő, és ennek következtében, a pontossága mért a bal és a jobb váll határozza legfeljebb 0,01 fordulat. Jelenlegi nulla galvanometer G, benne van a híd diagonális, a kifizetés időpontjában nullának kell lennie. Kísérletvezető által galvanométeren nyíl határozza meg a kifizetés időpontjában.
A számítógépes változata a munka elég pontosan szimulálja a kísérleti körülmények: a kijelzőn reprodukálják slidewire egy mozgó érintkező és zéró galvanométerrel áram mérésére a diagonális a híd, amely lehetővé teszi, hogy a mozgás az egérrel csúszó érintkező, hogy elérjék a híd kompenzáció a leolvasás a bal váll Slidewire pontossággal 0,01 számított forgalmi értéke a jobb váll, valamint, hogy megtalálják az ellenállást a minta. Vannak vezető öt kísérletek különböző ellenállások, és a kapott értéket némi szórás számértékek igénylő számítástechnikai átlagos értéke és statisztikai feldolgozását a kísérleti adatokkal. A kísérletvezető kiválaszt egy referencia ellenállás (20, 30, 40, 50, 60 ohm), és megfigyeljük a galvanométer tűt és az egér mozgatásával a mozgatható érintkező (roller) Slidewire, eléri kompenzáció a híd. Így a kísérletvezető szükséges pontosságot lefolytatása a kísérletet, és rögzíti a helyes mérési eredményeket, a feldolgozó kísérleti adatok, kiszámítja a kívánt értéket és egy hibaüzenet a mérési eredményt. A munka csak akkor a billentyűzet és az egér.
Azonban elvégzése előtt a kísérleti részben a munka, olvassa el figyelmesen az elméleti része a kézikönyv és válaszoljon a teszt kérdéseire.
5. Eljárás a munkát
Vigye a kurzort a „Mérések”, nyomja meg a bal egérgombot. Ebben az esetben a kijelző a számítógép modellt fog csúszni huzal mozgó érintkező.
2. Olvassa el a készülék, és töltse ki az asztal „mérések és azok jellemzői” című jelentését (lásd a 2. függelékben alább).
3.Zapisat adatszolgáltatást.
4.Navesti kurzort. A mérések eredményeit tette az asztalra a jelentés 2. ..
6. Számítsuk főbb számítási képlet. Ezt az eredményt a táblázatba értéke az adott díj az elektron.
7. Számítsa határán relatív és abszolút hibája a mérési eredmény a megadott képlet a jelentésben. Abban az esetben, jelentős különbségek tapasztalt értékeket, és ismételje meg a mérést.
8. Tartalom jelenteni (lásd. 2. függelék), és elszállítja a tanár ellenőrzi.
Készítsünk eszközök listáját, és meghatározza azok jellemzői kitöltésével az asztalra a jelentést.
3. Állítsa tárolni ellenállás értéke R2 = 20 ohm.
4. és szám értékeket és.
A méréseket megismételtük még négyszer, minden alkalommal egyre nagyobb az értéke 10 ohm. Az eredményeket az összes mérés rögzített tabl.P.2.
5. A képlet szerint (13), hogy a számításokat és az eredményeket feljegyezzük a tabl.P.2.
6. A kifejezést (14) úgy kell kiszámítani, hogy a tabl.P.2 és megtalálja az átlagot. A kapott eredmény a kontrollokhoz képest.
értékének meghatározásához ellenállása a huzal és összehasonlítottuk a kontrollokkal.
13. Végezze el a kiszámítása során hibát és.
14. Készítsen egy rekordot szerint a „függelék”.
1. Mi az áram? Amelyekben a részecskék szabadon elérhető töltéshordozók fémek?
2. Mi az oka az elektromos ellenállás, ha áram folyik a fémek?
3. megfogalmazni Ohm törvénye a homogén áramköri rész szerves és differenciális formában.
4. Vannak mozgása töltéshordozók hiányában fémvezetőből ott egy elektromos mező?
5. Fogalmazza Kirchhoff-törvények.
6.Kakova koncepció működik DC híd? Mi az az elv, hogy a munka?
A laboratóriumi munka N 12
„Mérése a fajlagos elektromos ellenállása fémvezetők”
1.1. A képlet a nagysága
, ahol - az ismert ellenállás;
- A menetszám (fordulat) Slidewire megfelelő baloldali és jobboldali vállak Slidewire (összesen fordulatok száma megegyezik Slidewire 50).
1.2. A képlet meghatározására ellenállás
ahol a d - átmérője a próbatest a huzal; l - hossza drót.
2.Shema dolgozó áramkör
3. A mérőműszerek és azok jellemzői