Определение удельного сопротивления металла (лабораторная работа)

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Рыбинская государственная авиационная

технологическая академия им. П. А. Соловьева

Кафедра Общей и технической физики

Лаборатория «Электричество и магнетизм»

УТВЕРЖДЕНО

на заседании методического

семинара кафедры физики

«  » _________ 2007 г.

Зав.каф.  Пиралишвили Ш.А.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ 

ПО ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМУ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №ЭМ-5

.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА

Методическое руководство

разработано доц. Суворовой З.В.

Рыбинск, 2007

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

1.  Убедиться в присоединении заземляющего провода к корпусу установки.

2.  Включить установку только с разрешения преподавателя.

3.  Не прикасаться к оголенным токонесущим элементам установки.

4.  При обнаружении неисправности установки обесточить ее и немедленно известить преподавателя.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с основами классической электронной теории металлов, определить удельное сопротивление нихромовой проволоки, произвести статистическую обработку результатов.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1 Понятие об электронной классической теории металлов

Классическая теория металлов была разработана немецким физиком П. Друде и голландским физиком Х.А. Лоренцем. В её основе лежит предположение, что свободные электроны в металле ведут себя как молекулы идеального газа. Двигаясь по металлу, электроны сталкиваются с ионами кристаллической решётки, поэтому между электронным газом и решёткой существует тепловое равновесие. Используя молекулярно-кинетическую теорию газа, можно оценить среднюю скорость теплового движения электронов при Т=300 К.

<>=≈10⁵ м/с .                                      (1)

В электрическом поле, кроме теплового, возникает упорядоченное движение (дрейф) электронов со средней скоростью <и> - электрический ток. За направление вектора плотности тока принимается направление движения положительных зарядов, поэтому он противоположен вектору скорости упорядоченного движения электронов <>.

Величина вектора плотности тока равна

j=,                                                    (2)

где ∆S – площадка, перпендикулярная направлению дрейфа электронов;

       n - их количество в единице объёма (концентрация);

       e – заряд электрона.

За время ∆t площадку пересекут все электроны, находящиеся в объёме

∆V=∆S < и > ∆t. Как показывает опыт, максимальная плотность тока в металлах составляет около 10⁷ А/м², концентрация свободных электронов в них n~10²⁹ 1/м³, тогда для скорости дрейфа получаем:

< и >= м/с.                              (3)

Итак, даже при большой плотности тока средняя скорость упорядоченного движения < и > в 10⁸ раз меньше средней скорости теплового движения <>. Поэтому, если средний вектор скорости равен скорости дрейфа