Підготовка до експерименту
1. Ознайомтеся з будовою пристрою для дослідження залежності опору металевого провідника від температури.
Пристрій складається з картонного циліндра з намотаним мідним дротом, кінці якого підведені до клем пластмасової панелі. У панелі передбачено отвір для термометра, а сама котушка з дротом поміщена всередину захисної скляної пробірки.
2. Зберіть установку, подану на рис. 2.
Установку збирають шляхом закріплення пристрою в муфті штатива та його занурення в посудину з водою, розташовану на електричному нагрівнику. До клем пристрою під’єднують щупи мультиметра для неперервного контролю опору під час нагрівання.
3. Перемкніть тумблер мультиметра на вимірювання опору ($\Omega$), установивши його навпроти позначки $10^3\text{ Ом}$.
Тумблер мультиметра переведено в режим вимірювання опору на діапазон до $1000\text{ Ом}$ (позначка $10^3$), що дозволяє фіксувати зміну опору мідного провідника з точністю до одиниць Ом.
Експеримент
1. Виміряйте початкову температуру $t_0$ та опір $R$ мідного дроту за цієї температури.
Початкова температура навколишнього середовища дорівнює $t_0 = 20\text{ }^\circ\text{C}$, а відповідний початковий опір мідного дроту становить $R = 0{,}108\text{ кОм}$.
2. Увімкніть нагрівник і, слідкуючи за показами термометра, визначайте опір дроту через кожні $10\text{ }^\circ\text{C}$ в інтервалі від $30$ до $70\text{ }^\circ\text{C}$.
Під час нагрівання води та поступового збільшення температури було зафіксовано зростання опору провідника. Результати вимірювань занесено до таблиці:
| Температура $t$, $^\circ\text{C}$ | $t_0 = 20$ | $30$ | $40$ | $50$ | $60$ | $70$ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Опір $R$, $\text{кОм}$ | $0{,}108$ | $0{,}112$ | $0{,}116$ | $0{,}120$ | $0{,}124$ | $0{,}128$ |
Опрацювання результатів експерименту
1. За даними таблиці побудуйте графік $R(t)$ — залежності опору дроту від його температури.
Аналіз експерименту та його результатів
За результатами дослідження сформулюйте і запишіть висновок, у якому зазначте: 1) що ви досліджували; 2) які результати одержали; 3) чи досягли ви мети дослідження.
У ході лабораторної роботи було досліджено залежність електричного опору мідного провідника від температури. За отриманими експериментальними даними встановлено, що з підвищенням температури опір металевого провідника зростає за лінійним законом. Мети дослідження було повністю досягнуто, оскільки результати досліду підтвердили теоретичні положення електронної теорії провідності металів.
Творче завдання
1. Продовживши побудований графік залежності $R(t)$ до перетину з віссю ординат (віссю опору), знайдіть опір $R_0$ мідного дроту за температури $0\text{ }^\circ\text{C}$.
Шляхом екстраполяції прямої графіка до перетину з віссю ординат (при $t = 0\text{ }^\circ\text{C}$) визначено початковий опір мідного дроту: $R_0 = 0{,}1\text{ кОм} = 100\text{ Ом}$.
2. Виберіть на графіку довільну точку та визначте для неї відповідні значення опору $R$ і температури $t$ мідного дроту.
Для розрахунків обрано точку на графіку зі значеннями температури $t = 50\text{ }^\circ\text{C}$ та опору $R = 0{,}120\text{ кОм}$.
3. Скориставшись формулою $\alpha = \dfrac{R – R_0}{R_0 \cdot t}$, визначте середнє значення температурного коефіцієнта опору міді.
Дано:
$R_0 = 0{,}1\text{ кОм}$
$R = 0{,}120\text{ кОм}$
$t = 50\text{ }^\circ\text{C}$
Знайти:
$\alpha – ?$
Розв’язання:
Розрахуємо температурний коефіцієнт опору за формулою:
$$\alpha = \dfrac{R – R_0}{R_0 \cdot t}$$
Підставимо числові значення:
$$\alpha = \dfrac{0{,}120 – 0{,}100}{0{,}100 \cdot 50} = \dfrac{0{,}020}{5} = 0{,}004\text{ }^\circ\text{C}^{-1}$$
Відповідь: температурний коефіцієнт опору міді дорівнює $\alpha = 0{,}004\text{ }^\circ\text{C}^{-1}$.
4. Порівняйте одержане значення з табличним.
Отримане значення $\alpha = 0{,}004\text{ }^\circ\text{C}^{-1}$ ($0{,}004\text{ K}^{-1}$) є близьким до табличного значення для міді $\alpha_{\text{табл}} = 0{,}0043\text{ K}^{-1}$.
5. Зазначте причину відхилення.
Причинами незначного відхилення є інструментальна похибка вимірювальних приладів (мультиметра та термометра), наявність домішок у мідному провіднику, а також можлива нерівномірність прогрівання котушки у воді під час експерименту.