Физика (стр. 21 )

7. По полученной картине проекций эквипотенциальных поверхностей постройте 10 силовых линий, исходя из их свойств.

Контрольные вопросы и задания

1. Почему электроды можно считать эквипотенциальными поверхностями?

2. По полученной картине найдите, как меняется величина напряженности от точки к точке вдоль какой-либо эквипотенциальной поверхности.

3. Почему изложенный метод нахождения эквипотенциальных поверхностей нельзя использовать, если в ванну не залита жидкость?

Работа № 3. Методы измерения сопротивлений

Цель: измерить электрические сопротивления мостами постоянного тока.

Оборудование: реохорд, исследуемые сопротивления, магазины сопротивлений, батарея, гальванометр, ключи, мост МВЛ-47, ампервольтомметр Ц 20.

Задание 1. Измерение сопротивления мостом Уитстона.

Схема моста Уитстона дана на рис. 1. Если мост уравновешен, т. е. в цепи BD ток отсутствует и гальванометр показывает нуль при включенных ключах К1 и К2, то сопротивления связаны соотношением:

. (1)

Струна реохорда однородна, поэтому , где и − длины отрезков AD и DC. Следовательно:

. (2)

Выполнение работы

1. Соберите схему, данную на рис. 1. В качестве возьмите одно из неизвестных сопротивлений. Все контакты должны быть плотно прикручены.

2. Установите движок реохорда так, чтобы .

3. Установите большое значение , Включите ключи К1, затем К2. Изменяя , уравновесьте мост.

4. Установите и уравновесьте мост реохордом. Первоначально поставить на нуль нельзя, так как большой ток может испортить гальванометр.

5. Значения оформите в таблицу. Рассчитайте по формуле (2). Опыт повторите не менее двух раз.

6. Проведите измерения не менее двух раз для второго сопротивления, а также для последовательного и параллельного соединений сопротивлений.

Задание 2. Измерение сопротивления мостом постоянного тока МВЛ-47.

Электрическая схема моста МВЛ-47 подобна схеме, приведенной на рис. 1. Плечи сравнения А и В подобны плечам реохорда . Массивные клеммы и контактные провода позволяют повысить точность измерений.

Выполнение работы

1. Подсоедините к клеммам «Х» измеряемое сопротивление, к клеммам «Б» − батарею с , к клеммам «Г» − гальванометр.

2. Если приблизительно известна величина измеряемого сопротивления, то установите следующие плечи сравнения с помощью вставочных клемм (табл. 1).

Таблица 1

Измеряемое Сопротивление, (Ом)	Менее 1	1−10	10−102	102−103	103−104	104−105
Плечо сравнения: А	1	1	10	100	1000	1000
В	10000	1000	1000	1000	1000	100

Клеммы можно установить двумя способами. Измерения произведите при том и другом вариантах положения клемм. Окончательный результат:

. (3)

3. Выключателем «Б» включите батарею. Кратковременными нажатиями на кнопку «Г» добейтесь нулевого показания гальванометра, подбирая сопротивление на магазине.

4. Значение неизвестного сопротивления найдите по формуле:

. (4)

5. Произведите измерения для каждого сопротивления по отдельности, для их параллельного и последовательного соединения. Результаты оформите в табл. и сравните их с результатами задания 1.

Задание 3. Измерение сопротивления тестером марки 43208-У.

1. Ознакомьтесь по техническому описанию с порядком работы тестера при измерении сопротивлений.

2. Произведите измерения для каждого сопротивления и сравните результаты с данными из задания 2.

Контрольные вопросы и задания

1. Выведите формулу (2).

2. При каком положении движка реохорда относительная погрешность измерения сопротивления мостом Уитстона будет наименьшей?

3. Дайте определение сопротивления. От чего зависит величина сопротивления?

4. Сравните результаты измерения в заданиях 1, 2, 3 и оцените их погрешности.

5. Пользуясь ампервольтомметром, произведите измерения сопротивления и напряжения, указанных преподавателем.

Рекомендуемая литература [18, 20–22].

Работа № 4. Измерение зависимости сопротивления металла,
полупроводника и электролита от температуры

Цель: измерить температурный коэффициент сопротивления меди, ширину запрещенной зоны полупроводника, снять температурную зависимость проводимости электролитов.

Оборудование: прибор для измерения сопротивления металла, прибор для измерения сопротивления полупроводника, мост Р38, мост Р333, водяной термостат, термометр, электроплитка, батарея, электролитическая ячейка Х-38, растворы NaCl и CuSO4.

Задание 1. Определение температурного коэффициента сопротивления меди.

Электропроводность металлов обеспечивают свободные электроны. С ростом температуры растет скорость их хаотического движения и уменьшается время их свободного движения между соударениями с положительными ионами, образующими кристаллическую решетку. Поэтому уменьшается средняя скорость направленного движения электронов, которую они приобретают под действием электрического поля за время движения между соударениями. Это значит, что сила тока уменьшается, т. е. растет сопротивление. Сопротивление металла зависит от температуры следующим образом: , где − сопротивление при t = 0°C, − температурный коэффициент сопротивления, причем , зависит от рода металла и слабо зависит от температуры. Если известны сопротивления и для двух значений температур и , то вычисляется по формуле:

. (1)

Выполнение работы

1. На плитку установите термостат с прибором для измерения сопротивления металла и термометром. Уровень воды в термостате должен быть на 1 см ниже края банки.

2. Изучите правила пользования мостом постоянного тока Р 333, размещенные на крышке прибора. Учитывая, что величина исследуемого сопротивления меньше 103 Ом, соедините его с клеммами моста.

3. Измерьте сопротивление при начальной температуре и покажите результат преподавателю.

4. Включите плитку и, увеличивая температуру, снимите показания моста и термометра около 10 раз до температуры 80–90°С. Результаты оформите в таблицу. Вылейте горячую воду из термостата.

5. Постройте график . С полученной прямой снимите координаты двух точек и, подставив их в формулу (1), найдите . Сравните результат с табличным значением для меди: .

Контрольные вопросы и задания

1. Выведите формулу (1).

2. Какие вещества называются металлами?

3. Объясните механизм электропроводности металла.

4. Почему сопротивление растет с ростом температуры?

Рекомендуемая литература [24, 26].

Задание 2. Определение ширины запрещенной зоны полупроводника.

Характерным свойством полупроводников является уменьшение их сопротивления с ростом температуры. Эта зависимость описывается формулой: , где − ширина запрещенной зоны, − постоянная Больцмана, T − температура по термодинамической шкале. Отсюда следует, что . Поэтому, если по оси У отложить , а по оси Х величину , то определив наклон прямой , можно найти :