LABORATORIUM  FIZYCZNE I,   Instytut Fizyki UKW – BYDGOSZCZ

Ćwiczenie nr E 4

BADANIE  ZALEŻNOŚCI  TEMPERATUROWEJ  OPORU ELEKTRYCZNEGO  METALU.

1. Cel ćwiczenia:

- poznanie podstawowych pojęć związanych z przepływem prądu elektrycznego,

- wyznaczenie temperaturowego współczynnika oporu elektrycznego metalu.

2. Zagadnienia do przygotowania:

- wielkości charakteryzujące zdolność substancji do przewodzenia prądu elektrycznego,

- przewodniki – mikroskopowy model przewodnictwa metali,

- zastosowanie – regulatory temperatury (np. czujnik Pt-100).

3. Przyrządy pomiarowe, opis i schemat aparatury, przyjęte oznaczenia.

                                     M 1                                                                  M 2                      

                                                           R 1                        R 2

                                                                       T

                                             K                           

                                                        G   

                                     SZG

Rys.1. Schemat układu pomiarowego. M1, M2 - miernik oporu (multimetr), T- termometr, K‑ komora pomiarowa z wodą, G- grzejnik, R1, R2- opornik metalowy, SZG- sterownik zasilania grzejnika.

Wzrost oporu metalu wraz ze wzrostem temperatury tłumaczy się rozpraszaniem elektronów na drgających w ruchu cieplnym jonach sieci krystalicznej, co przyczynia się do zmniejszenia ruchliwości nośników prądu. W niezbyt dużym zakresie temperatur (do 1000C) opór metali wzrasta liniowo ze wzrostem temperatury (Rys. 2). Można to wyrazić wzorem

                                                                      (1)

gdzie:               R0 – opór danego przewodnika w temperaturze 00C,

              R  – opór w temperaturze t [0C];

              α   – temperaturowy współczynnik oporu.

Rys.2. Zależność oporności przewodnika od temperatury.

Przekształcając równanie (1) otrzymujemy wzór na współczynnik α:

                                                                                    (2)

Ze wzoru (2) obliczamy współczynnik α jeżeli znamy R0 i wartość oporu w dowolnej, innej temperaturze.

4. Przebieg ćwiczenia (pomiarów).

4.1. Zmontować układ zgodnie ze schematem (Rys.1.).

4.2. Wlać do komory pomiarowej taką ilość wody, aby przykryła badane oporniki. Pomiar wartości oporu dokonuje się za pomocą mierników M, które należy podłączyć do odpowiednich oporników R  (czerwony - Cu, niebieski - Pt, czarny – stop drutu oporowego).

4.3. Po sprawdzeniu układu pomiarowego przez opiekuna dydaktycznego odczytać wartości oporów metali i temperatury kąpieli.

4.4. Włączyć sterownik SZG i stopniowo podwyższać temperaturę próbek do 90 oC. Wartości oporów odczytywać co ok. 3 oC. Pomiary wykonywać przy ustabilizowanej temperaturze kąpieli. W tym celu należy mieszać ciecz (wodę) przez ok. 2 min. po każdorazowym zakończeniu grzania.

Optymalną szybkość grzania uzyskuje się przy następujących ustawieniach czasu grzania:

    1 min. - dla temperatur   20 oC  ↔  40 oC, 2 min. - dla temperatur   40 oC  ↔  70 oC,

    3 min. - dla temperatur   70 oC  ↔  90 oC.

4.5. Po osiągnięciu temperatury 90 oC należy przerwać proces grzania i zdemontować zestaw pomiarowy. UWAGA ! Przy wylewaniu gorącej wody używać rękawic ochronnych!!!

5. Tabele pomiarowe i opracowanie wyników.

Wyniki pomiarów zapisz w tabeli: