ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

• До змісту відповідей

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 виведені на клеми пластмасової панелі. Панель обладнана отвором для термометра, а сама котушка з дротом розміщена всередині захисної скляної пробірки.

2. Зберіть установку, подану на рис. 2.

Установка зібрана шляхом закріплення пристрою в муфті штатива та його занурення в посудину з водою, що розміщена на електричному нагрівнику. До клем пристрою під’єднано щупи мультиметра для контролю опору в режимі реального часу.

3. Перемкніть тумблер мультиметра на вимірювання опору ($\Omega$), установивши його навпроти позначки $10^3\text{ Ом}$.

Тумблер мультиметра встановлено в режим вимірювання опору на діапазон до $1000\text{ Ом}$ (позначка $10^3$), що дозволяє фіксувати зміни 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 становить $t_0 = 20\text{ °C}$, а відповідний їй опір мідного дроту складає $R = 0{,}400\text{ кОм}$.

2. Увімкніть нагрівник і, слідкуючи за показами термометра, визначайте опір дроту через кожні 10 °С в інтервалі від 30 до 70 °С.

Після ввімкнення нагрівника та поступового підвищення температури води було зафіксовано зростання опору провідника, що відображено в наведеній таблиці:

ЕКСПЕРИМЕНТ

ОПРАЦЮВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ

1. За даними таблиці побудуйте графік R(t) — залежності опору дроту від його температури.

На основі отриманих даних будується графік, де по осі абсцис відкладається температура $t$ у градусах Цельсія, а по осі ординат — опір $R$ у кілоомах. Графік являє собою пряму лінію, що проходить через точки (20; 0,108), (30; 0,112), (40; 0,116), (50; 0,120), (60; 0,124) та (70; 0,128), що свідчить про лінійну залежність опору від 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 результатами проведених вимірювань встановлено, що зі збільшенням температури опір металевого дроту зростає за лінійним законом. Мети дослідження було повністю досягнуто, оскільки отримані експериментальні дані підтвердили теоретичні відомості про температурну залежність опору металів.

ТВОРЧЕ ЗАВДАННЯ

Продовживши побудований графік залежності R(t) до перетину з віссю ординат (віссю опору), знайдіть опір R₀ мідного дроту за температури 0 °С.

Шляхом екстраполяції лінії графіка до перетину з віссю ординат (де $t = 0 ^\circ\text{C}$) визначено, що опір мідного дроту $R_0$ становить 0,1 кОм.

Виберіть на графіку довільну точку та визначте для неї відповідні значення опору R і температури t мідного дроту.

Для проведення подальших розрахунків обрано точку на графіку, яка відповідає температурі $t = 50 ^\circ\text{C}$ та опору $R = 0,120$ кОм.

Скориставшись формулою α = (R - R₀) / (R₀ * 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:

$\alpha = \dfrac{R - R_0}{R_0 \cdot t}$

$\alpha = \dfrac{0{,}120 - 0{,}100}{0{,}100 \cdot 50}$

$\alpha = \dfrac{0{,}020}{5}$

$\alpha = 0{,}004\text{ }^\circ\text{C}^{-1}$

Відповідь: температурний коефіцієнт опору міді становить $0{,}004\text{ }^\circ\text{C}^{-1}$.

ТВОРЧЕ ЗАВДАННЯ

Порівняйте одержане значення з табличним.

Одержане експериментальне значення температурного коефіцієнта опору міді $\alpha$ є близьким до табличного значення, яке становить $0{,}0043\text{ Град}^{-1}$.

Зазначте причину відхилення.

Причинами відхилення результату від табличного значення є похибки вимірювальних приладів (мультиметра та термометра), наявність сторонніх домішок у матеріалі мідного дроту, а також нерівномірне нагрівання всієї довжини провідника під час експерименту.