Зміна опору котушки у залежності від її температури

У досліді переконуємось, що опір мідного провідника за низької температури є малим, а під час підвищення його температури до кімнатної та температури близько 100℃ він стає помітно більшим.

Обладнання та матеріали:

Компоненти Амперії:

Illustration

мультиметри(2 шт.)

Для проведення демонстраційного досліду краще використовувати два мультиметри, але оскільки в набір Amperia входить лише один — інший тимчасово можна використати з інших наборів.

Illustration

котушка(дротяна рамка)

Illustration

з’єднувальні провідники

термосенсор

Додаткове обладнання:

прилади чи обладнання для охолодження та нагрівання котушки, наприклад балон зі стисненим повітрям чи морозильна камера, ванна з піском і газова чи електроплита

Перевіряємо:

 опір металевих провідників, поміж іншого, залежить від температури — чим вищою є температура металу, тим вищим є його опір; температурна залежність опору для більшості металів близька до лінійної для широкого діапазону температур і описується формулою:

Illustration

де RT — опір за температури T, R0 — опір за початкової температури T0, α — температурний коефіцієнт електричного опору металу та ΔT — зміна температури, що дорівнює T—T0; температурний коефіцієнт електричного опору для різних металів і їхніх сплавів є сталою величиною.

Хід досліду:

1. Беремо необхідне для проведення досліду обладнання.2. Спершу охолоджуємо котушку у морозильній камері чи за допомогою балона зі стиснутим повітрям.3. Після того, як котушка набула температури близько 0℃ чи нижче, швидко приєднаємо до неї мультиметр у режимі омметра. До другого мультиметра приєднаємо сенсор температури, який щільно притиснемо до котушки для визначення приблизної середньої температури провідника. Таким чином ми отримаємо опір мідного провідника за визначеної низької температури.4. Залишимо котушку при кімнатній температурі. Коли температура провідника стане рівною кімнатній температурі, знову визначаємо опір провідника. Звертаємо увагу, що на цей раз опір буде вищим, ніж за низької температури (у випадку, якщо для охолодження котушки використовується балон зі стисненим повітрям, варто спершу виміряти опір котушки при кімнатній температурі, потім її охолодити, а вже потім нагріти).5. Нарешті помістимо котушку у ванну з піском, яку, своєю чергою, поставимо на плиту (газову чи електричну) і будемо поступово нагрівати. Поряд із котушкою у пісок помістимо сенсор. Звертаємо увагу, щоб температура піску біля котушки не досягала 100℃ чи вище, оскільки у цьому випадку пластик рамки може розплавитися! Будемо спостерігати як поступово із підвищенням температури провідника, його опір також буде збільшуватись.6. На основі отриманих даних будуємо графік залежності опору мідного провідника від його температури:

Illustration

Звертаємо увагу, що отримані експериментальні дані розташувались майже на прямій лінії, що підтверджує лінійну залежність опору мідного провідника від його температури за перевіреного діапазону температур.7. З отриманих даних визначаємо температурний коефіцієнт опору міді з формули:

Illustration

Для більш точного розрахунку беремо крайні отримані виміри, наприклад 0 та 100℃. Отриманий результат порівнюємо із довідниковим значенням температурного коефіцієнта електричного опору міді, який дорівнює 0,0043 К-1. У нашому досліді розрахований коефіцієнт α міді дорівнює 0,0047 К-1, що є достатньо точним результатом з урахуванням похибки експериментальних вимірів.

Illustration

Висновок:

Під час виконання досліду ми переконалися, що опір мідного провідника при низькій температурі є малим, а під час підвищення температури провідника до кімнатної та температури наближеної до 100℃ він стає помітно більшим. Графік зростання опору мідного провідника від температури має виражений лінійний вигляд, а розрахований температурний коефіцієнт електричного опору є рівним довідковому коефіцієнту для міді з поправкою на похибку експериментальних вимірів.