Министерство образования Российской Федерации
ХАБАРОВСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЛАБОРАТОРНЫЙ
ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ
ФИЗИКЕ
 |
|||
 |
|||
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
 |
«ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ С
ПОМОЩЬЮ МОСТА УИТСТОНА.
ПРОВЕРКА ЗАКОНОВ СОЕДИНЕНИЯ
СОПРОТИВЛЕНИЙ »
 |
Хабаровск 2000
§ 1. Электрическое сопротивление
проводников
На основании
многочисленных опытов Ом в 1827 году уста-новил, что при постоянной температуре
отношение напряжения на проводнике к току в нём является постоянной для данного
проводника величиной
Величину R ,
характеризующую данный проводник, Ом наз-вал сопротивлением проводника.
Величина, обратная сопротив-лению проводников получила название проводимости
Уравнение (1) позволяет установить единицу измерения сопротивления. Сопротивлением, равным единице, обладает про-водник, в котором при напряжении в 1 вольт возникает ток в 1 ампер. Эта единица электрического сопротивления называется омом (Ом). Единица проводимости получила название сименс. Проводимостью в 1 сименс обладает проводник сопротивлением в 1 Ом.
Исследуя проводники различных размеров и из различных материалов, Ом нашёл, что для однородных цилиндрических и призматических проводников (проволок, лент и т.п.) сопротивление пропорционально их длине l и обратно пропор- ционально площади поперечного сечения S
где ρ – коэффициент пропорциональности, называемый удель-ным сопротивлением вещества, из которого сделан проводник. Из уравнения (3) видно, что удельное сопротивление – это соп-ротивление куба вещества со сторонами, равными 1 метру (СИ), если ток в нём идёт параллельно одному из рёбер. Единица удельного сопротивления - Ом∙м.
Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью
 |
Удельное
сопротивление данного вещества зависит от его со-стояния, в частности, от
температуры. Зависимость удельного со-противления от температуры
характеризуется температурным коэффициентом сопротивления (т.к.с.)
данного вещества
Т.к.с. при
различных температурах различен. Однако, для многих проводников, к которым
относятся все металлы, изменение сопротивления от температуры незначительно. В
этом случае для небольшого интервала температур изменение сопро-тивления
описывается линейным законом
где Ro – сопротивление при 0оС, R – его значение при toC. В (6) α есть средний т.к.с., найденный для определённого интервала температур, в котором можно принять (6).
Для всех металлов т.к.с. положителен. У всех электролитов и полупроводников, в отличие от металлов, сопротивление при нагревании всегда уменьшается . Сопротивление графита с по-вышением температуры также уменьшается. Для веществ, у которых сопротивление уменьшается с повышением температу-ры, т.к.с. отрицателен.
Качественно зависимость электрического сопротивления от температуры была объяснена классической электронной теори-ей, представлявшей движение заряженных частиц как материаль-ных точек, подчиняющихся законам классической механики.
Для объяснения установленных опытных противоречий в 1924 году была создана новая, так называемая квантовая или волновая механика движения элементарных частиц (в частности – электронов в металлах). На основе квантовых представлений были устранены и опытные противоречия элект-ропроводности.
С основами квантовых представлений теории электрического сопротивления Вы познакомитесь на старших курсах университета.
§ 2. Измерение сопротивления
методом моста
Одним из наиболее точных методов измерения сопротивлений является метод моста. В настоящей работе используется одна из наиболее простых мостовых схем постоянного тока, часто называемая сокращённо мостом Уитстона представляющая собой замкнутый четырёхугольник, составленный из сопротивлений R , Rx , R1 , R2 (см. РИС.1), соединённых между собой проводниками с очень малым сопротивлением. В одну из диагоналей этой схемы включается источник э.д.с. В другую диагональ схемы включается чувствительный гальванометр G . Эта диагональ схемы и называется мостом в собственном смысле.
Весь
процесс измерений при помощи этой схемы свя-зан с требованием равенства нулю
тока в мосте CD.
При произвольном соот-ношении сопротивлений, со-ставляющих всю мостовую схему, через гальванометр, разумеется, должен идти ток (см. РИС.1). Однако, суще-ствует одно определённое соотношение между сопро-тивлениями, составляющими четырёхугольник CADB, при котором сила тока, идущего через гальванометр, обращается в нуль.
Действительно, на основании закона Ома для однородного участка цепи CGD , ток на нём равен нулю если потенциалы его концов одинаковы, т.е. φА=φD:
В этом случае I1 = I2 и I = Ix (нет разветвления токов в узлах C и D).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.