Экспериментальное исследование зависимости сопротивления электрических приборов от температуры

«Экспериментальное исследование зависимости сопротивления

электрических приборов от температуры»

МБОУ «Гимназия №5» учитель физики Тыльченко Сергей Леонидович

г.Норильск 2011 г.

1

Введение

Сейчас XXI век, век нанотехнологий и совершенствования в этой сфере технологий невозможны без соблюдения основных законов физики. Следуя из этого, изучение зависимости сопротивления от температуры очень актуальная тема на сегодняшний день.

Цель работы: экспериментально установить зависимость сопротивления электрических приборов от температуры приборов.

2

Глава 1

3

Опыт №1

Зависимость сопротивления металла от температуры.

Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой (диаметра 0,1—0,2 мм) железной проволоки 1 и включим ее в цепь, содержащую батарею гальванических элементов 2 и амперметр 3 . Сопротивление этой проволоки подберем таким, чтобы при комнатной температуре стрелка амперметра отклонялась почти на всю шкалу. Отметив показания амперметра, сильно нагреем проволоку при помощи горелки. Мы увидим, что по мере нагревания ток в цепи уменьшается, а значит, сопротивление проволоки при нагревании увеличивается. Такой результат получается не только с железом, но и со всеми другими металлами. Это правило справедливо только для металлов в твёрдом состоянии. При повышении температуры сопротивление металлов увеличивается. У некоторых металлов это увеличение значительно: у чистых металлов при нагревании на 100 °С оно достигает 40—50 %; у сплавов оно обычно бывает меньше. Есть специальные сплавы, у которых сопротивление почти не меняется при повышении температуры; таковы, например, константан (от латинского слова constans — постоянный) и манганин. Константан употребляется для изготовления некоторых измерительных приборов. Иначе меняется при нагревании сопротивление электролитов. Повторим описанный опыт, но введем в цепь вместо железной проволоки какой-нибудь электролит. Мы увидим, что показания амперметра при нагревании электролита все время увеличиваются, а значит, сопротивление электролитов при повышении температуры уменьшается. Отметим, что сопротивление угля и некоторых других материалов также уменьшается при нагревании.

1 — проволока, 2 — батарея гальванических элементов, 3 —амперметр

4

Опыт №2

Зависимость сопротивления электролита от температуры.

Аср=

Зависимость сопротивления металлов от температуры используется для устройства термометров сопротивления. В простейшем виде это — намотанная на слюдяную пластинку тонкая платиновая проволока (рис. 83), сопротивление которой при различных температурах хорошо известно. Термометр сопротивления помещают внутрь тела, температуру которого желают измерить (например, в печь), а концы обмотки включают в цепь. Измеряя сопротивление обмотки, можно определить температуру. Такие термометры часто применяются для измерения очень высоких и очень низких температур, при которых ртутные термометры уже неприменимы. Приращение сопротивления проводника при его нагревании на 1 °С, разделенное на первоначальное сопротивление, называется температурным коэффициентом сопротивления и обычно обозначается буквой a Вообще говоря, температурный коэффициент сопротивления сам зависит от температуры. Величина a имеет одно значение, например, если мы будем повышать температуру от 20 до 21 °С, и другое при повышении температуры от 200 до 201 °С. Но во многих случаях изменение a в довольно широком интервале температур незначительно, и можно пользоваться средним значением aср в этом интервале. Если сопротивление проводника при температуре t0 равно R0, а при температуре t равно Rt, то среднее значение

Обычно в качестве R0 принимают сопротивление при температуре 0 °С.

1 — электролит, 2 — батарея гальванических элементов, 3 — амперметр

5

Термометр сопротивления

На основе этого коэффициента был придуман , на шкалах которого есть деления с показателями температуры и сопротивления, по этому термометру можно узнать как сопротивления, имея температуру, так и температуру, имея сопротивление.

6

Глава 2

7

.

R=

Измерения проводились с помощью мультиметра. Также можно использовать косвенный способ с помощью амперметра и вольтметра используя формулу

Тип проводника

Температура, Co

Сопротивление, ?(Ом)

Термосопротивление

Термосопротивление

27

14,1

36

14,3

Сопротивление 1

Сопротивление 1

-10

4,6

98

4,8

Сопротивление 2

Сопротивление 2

-10

2,1

98

2,3

8

Интересный факт

При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю (-273 °С), сопротивление многих металлов скачком падает до нуля. Это явление получило название сверхпроводимости. Металл переходит в сверхпроводящее состояние. В последние годы ученые открыли так называемую «высокотемпературную» сверхпроводимость ( -150 – 135 °С).

9

Заключение

Следуя из наших опытов, можно сформулировать физический закон: Чем ниже температура проводника, тем меньше сопротивление этого проводника. И обратный ему закон: Чем выше температура проводника, тем больше сопротивление этого проводника. Ещё раз обратите внимание: правило справедливо только для металлических проводников в твёрдом состоянии.

10