Файл: Отчет по лабораторной работе 6 Изучение сопротивлений низкоомных материалов.docx

Скачать файл (0,11Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Отчет по практике

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.11.2023

Просмотров: 221

Скачиваний: 26

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 и технической физики

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №6

«Изучение сопротивлений низкоомных материалов»

Выполнил: студент гр. ТХН-22 Демидчик М.В.

^{(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)}

Дата:

Проверил преподаватель: Кужаева А.А.

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2023

Цель работы: определение удельного сопротивления, контактного сопротивления, и удельной теплопроводности металлов низкоомных материалов с помощью измерительного усилителя.

Краткое теоретическое содержание

Явления, изучаемые в работе: сопротивление материалов – алюминия и меди.

Определения 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.
Электроны проводимости (свободные электроны) – носители тока, образовавшиеся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определенному атому, а являются общими электронами.
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.

10.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.

Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых, получены расчетные формулы:
В соответствии с атомно-кинетической теорией идеальных газов средняя кинетическая энергия электронов, находящихся в состоянии непрерывного хаотического движения, линейно возрастает с температурой:

, где: U-средняя скорость теплового движения, м/с; k–постоянная Больцмана, Дж*К^-1, m- масса электрона, кг, Т – температура, К.

Закон Ома: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка.

, где: R – сопротивление, Ом; U – напряжение, В; I – сила тока, А.

Закон Ома для плотности тока: плотность в проводнике пропорциональна напряженности поля:

, где: E- напряженность электрического поля, В/м, γ - удельная электропроводность, Ом^-1*м^-1.

Закон Видемана-Франца - это физический закон, утверждающий, что для металлов отношение коэффициента теплопроводности к удельной электрической проводимости пропорционально температуре:

, где: γ - удельная проводимость, Ом^-1*м^-1, L₀ - число Лоренца, Вт*Ом/К², T – температура, К, λ - электронная теплопроводность, Вт*м^-1*К^-1.

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

, где U – напряжение на выходе усилителя, В; U₀ – точность установки нуля вольтметра, В; К – количество раз, в которое усиливается напряжение.
, где U_обр – напряжение, В; I – сила тока, А.
, где R_п– полное сопротивление стержня, Ом; R – среднее значение сопротивления стержня, Ом.
, где πd²/4 – площадь сечения проводника, м²; R – сопротивление, Ом; l – длина проводника, м.
, где ρ₀ – плотность материала, кг/м³; А – атомная масса, кг/моль; N₀ – число Авогадро.
, где k – постоянная Больцмана; T – температура (300 К); m₀ – масса электрона, кг.
, где е – заряд электрона, кл; l – средняя длина свободного пробега, м; u – средняя скорость теплового движения, м/с.
, где λ – удельная теплопроводность, Вт/м*К.

Формулы погрешности косвенных измерений

Таблица 1

Вольт-амперная характеристика алюминиевого стержня

U₀=0 В, К=10⁵, U_max=7,5 B

I	A	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00
U	В	0,75	1,05	1,50	1,95	2,45	2,95	3,45	3,90
R_Al	мкОм	30,00	21,00	20,00	19,50	19,60	19,67	19,71	19,50

Таблица 2

Измерение полного сопротивления

U₀=0 В, К=10¹, U_max=1,5 B

I	А	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00
U	В	0,23	0,30	0,45	0,60	0,74	0,89	1,03	1,18
R_п	мОм	92,00	60,00	60,00	60,00	59,20	59,33	58,86	59,00
R_к	мОм	91,98	59,98	59,98	59,98	59,18	59,31	58,84	58,98

Таблица 3

Вольт-амперная характеристика медного стержня

U₀=0 В, К=10⁵, U_max=7,5 B

I	А	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00
U	В	0,55	0,70	0,95	1,20	1,45	1,75	2,00	2,30
R_Cu	мкОм	22,00	14,00	12,67	12,00	11,60	11,67	11,43	11,50

Таблица 4

Измерение полного сопротивления

U₀=0 В, К=10¹, U_max=7,5 B

I	А	0,25	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00
U	В	0,85	1,15	2,60	3,45	4,10	4,85	5,95	6,30
R_п	Ом	0,34	0,23	0,35	0,35	0,33	0,32	0,34	0,32
R_к	Ом	0,34	0,23	0,35	0,34	0,33	0,32	0,34	0,31

Пример вычислений

А) Исходные данные

Удельное сопротивление алюминия ρ=0,0265 мкОм*м

Удельное сопротивление меди ρ=0,0168 мкОм*м

Длина стержня l=0,315 м

Диаметр стержня d=0,025 м

Б) Погрешности прямых измерений

ΔU₁=0,005 В

ΔU₂=0,001 В

Δl =0,001 м

Δd=0,001 м

ΔI=0,025 А

В) Вычисления величин и погрешностей косвенных измерений

1) Напряжение на образце

А) алюминия