Файл: Лабораторная работа по дисциплине Физика (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану) Тема работы Исследование электрического поля плоского конденсатора СанктПетербург 2023 Цель работы.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 10
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО науки и высшего ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра общей физики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
По дисциплине Физика
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема работы: Исследование электрического поля плоского конденсатора
Санкт-Петербург
2023
Цель работы: Определение удельного сопротивления, контактного сопротивления, и удельной теплопроводности металлов низкоомных материалов с помощью измерительного усилителя.
Краткие теоретические сведения:
1.Явление, изучаемое в работе: протекание тока в низкоомных материалах.
2.Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин.
Электронный газ — модель в физике твердого тела, описывающая поведение электронов в телах с электронной проводимостью.
Электрический ток – всякое упорядоченное движение электрических зарядов. Электрический ток называется постоянным, если сила тока и его направление не изменяются с течением времени.
Сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда dq, переносимого сквозь рассматриваемую поверхность (в случае тока проводимости– через поперечное сечение проводника) за малый промежуток времени, к величине dt этого промежутка.
Электрическое сопротивление – отношение напряжения (U) на участке электрической цепи к силе тока (I).
Напряжение – отношение работы (А) сил электрического поля при перемещении заряда (q) из одной точки в другую к величине заряда.
Удельное сопротивление – сопротивление единицы длины проводника единичной площади сечения.
Плотность тока – направление электрического тока в различных точках рассматриваемой поверхности и распределение силы тока по этой поверхности
Теплоемкость– физическая величина, численно равная отношению количества теплоты, сообщаемого телу, к изменению температуры тела в рассматриваемом термодинамическом процессе.
Длина свободного пробега электронов в проводниках – путь, который в среднем проходят электроны между двумя последовательными столкновениями с ионами решетки. В конце свободного пробега скорость электрона равна нулю, так как электрон отдает всю энергию ионам решетки.
Схема установки:
Рис.1 Принципиальная электрическая схема установки
ИП – источник питания, А – амперметр, V – вольтметр, У – измерительный усилитель, R – исследуемый образец с малым сопротивлением
Основные расчетные формулы:
, (1)где
U – измеряемое мультиметром на выходе усилителя напряжение, B
U0 – точность установки “нуля” вольтметра, B
K – усиленное значение
, (2)где
Uобр — напряжение данного образца, B
I – сила тока, A
, (3)где
l - длина, м
S – площадь сечение, м2
ρ — удельное сопротивление Ом*м
Результаты измерений:
Таблица 1. Вольт-амперная характеристика алюминиевого стержня
U0 =0,005 K = 103 d = 2,5 см l = 31,5 см
| I, А | 0,725 | 0,925 | 1,125 | 1,425 | 1,725 | 2,075 |
| U, В | 0,2 | 0,14 | 0,18 | 0,52 | 0,78 | 1,1 |
| RАl, Ом | 0,026*10-3 | 0,13*10-3 | 0,14*10-3 | 0,35*10-3 | 0,44*10-3 | 0,52*10-5 |
Пример вычислений:
=((0,2-0,005)*10-3)/0,725=0,026*10-3 ОмRср=((0.026+0.013+0.014+0.035+0.044+0.052)* 10-3)/8=0,030*10-3 Ом
, ρ=SR/l=(3,14*0,0252*0,017*10-3)/4*0,315=0,046 мкОм*м
Таблица 2. Измерение полного сопротивления Rп (с учётом контактного сопротивления Rк Al)
U0 = 0,01 К= 102
| I, А | 0.725 | 0,925 | 1.125 | 1.375 | 1.775 | 2.05 |
| U, В | 1.1 | 1.16 | 1.32 | 1.6 | 2.1 | 2.48 |
| Rп, Ом | 0.0015 | 0.0012 | 0.0009 | 0.0008 | 0.0006 | 0.0005 |
| Rк, Ом | 0.0147 | 0.0012 | 0.0009 | 0,17 | 0,139 | |
Пример вычислений:
=((1.1-0,01)*10-3)/0,725=0,0015 ОмRк= 0,0015- 0,030*10-3=0,0147 Ом
Таблица 3. Вольт-амперная характеристика медного стрежня
U0 =0,002 K = 103 d = 2,5 см l = 31,5 см
| I, А | 0 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1 | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2 |
| U, В | 0,002 | 0,023 | 0,026 | 0,029 | 0,032 | 0,035 | 0,038 | 0,041 | 0,044 |
| RCu, Ом | | 2,4*10-5 | 2,2*10-5 | 2*10-5 | 1,8*10-5 | 1,7*10-5 | 1,6*10-5 | 1,3*10-5 | 1,5*10-5 |
Пример вычислений:
=((0,023-0,002)* 10-3)/0,25=0,84*10-3 ОмRср=((0,84+0,48+0,36+0,3+0,26+0,24+0,22+0,21)* 10-3)/8=0,36*10-3 Ом
, ρ=SR/l=(3,14*0,0252*0,36*10-3)/4*0,315=0,5 мкОм*мТаблица 4. Измерение полного сопротивления Rп (с учётом контактного сопротивления Rк Cu)
U0 = 0,002 К= 103
| I, А | 0 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1 | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2 |
| U, В | 0,01 | 1,74 | 3,45 | 5,15 | 6,82 | 8,5 | 10,15 | 12,8 | 13,5 |
| Rп, Ом | | 0,069 | 0,0688 | 0,0684 | 0,0681 | 0,0679 | 0,0676 | 0,073 | 0,0674 |
| Rк, Ом | | 0,06864 | 0,6844 | 0,6804 | 0,06774 | 0,06754 | 0,06724 | 0,07264 | 0,06704 |
Пример вычислений:
=((1,74-0,01)* 10-3)/0,25=0,069 ОмRк=0,069- 0,36*10-3= 0,06864Ом
Для алюминия:
, 
=437*10-6
=2700*103*6,022*10-3/27=602,2*1026 моль
, 
=105 м/с
=1/2*1,38*10-23* 602,2*1026*105*437*10-6=181581,36*102
Для меди:
, 
=132*10-6
=8920*103*6,022*10-3/63,5=845,9*1026 моль
, 
=105 м/с
=1/2*1,38*10-23* 845,9*1026*105*132*10-6=77044,57*102Вывод: В ходе лабораторной работы я определил удельное сопротивление, контактное сопротивление и удельную теплопроводность металлов низкоомных материалов с помощью измерительного усилителя. В результате получил значение удельного сопротивления:
ρAl=0,026 мкОм*м и ρCu=0,5 мкОм*м. Табличные значения для этих величин:
ρAl=0,0265 мкОм*м и ρCu=0,0168 мкОм*м соответственно, что указывает на правильное выполнение эксперимента.