Лабораторная работа "Изучение нелинейной зависимости силы тока от напряжения"
Теоретический материал. Из закона Ома для участка цепи (I = U/R) следует, что при неизменной температуре отношение напряжения на участке цепи к силе тока в нем — величина постоянная для данного проводника. Если в электрическую цепь включена лампочка накаливания, то с увеличением напряжения на ее зажимах усиливается накал лампочки, т. е. возрастает температура спирали. Практика использования лампочек накаливания и других электронагревательных приборов (утюг, паяльник, гриль и т. д.) показывает, что с увеличением температуры сопротивление металлических проводников увеличивается. Зависимость сопротивления проводника от температуры можно объяснить с позиции молекулярно-кинетической теории. Согласно этой теории внутренняя энергия проводника, получаемая от источника тока, вызывает в проводнике более интенсивное колебательное движение атомов около средних положений в кристаллической решетке. Частота и амплитуда колебаний атомов зависят от температуры тел и с увеличением ее возрастают. Увеличение частоты колебаний атомов приводит к более частым столкновениям свободных электронов с узлами кристаллической решетки, и это приводит к увеличению сопротивления проводника. Зависимость сопротивления проводника от температуры определяют по формуле R 2 = R 1 + R 1 α ( t 2 ∘ − t 1 ∘ ), где R1 — сопротивление проводника при температуре t1, R2 — сопротивление проводника при температуре t2, α — температурный коэффициент сопротивления, который показывает, на сколько увеличивается или уменьшается сопротивление проводника при изменении его температуры на 1 °C. Значения температурных коэффициентов приводятся в справочных таблицах. Цель работы: при изучении зависимости (аналитической, графической) силы тока в проводнике от напряжения на нем убедиться, что сопротивление проводника зависит от температуры. Приборы и материалы: мультиметр M890G, адаптер, лампочка М-6,3 В — 0,3 А на подставке, провода соединительные. Указания к работе: 1. В случае, если мультиметр один, то вначале соберите цепь по схеме на рисунке 28 и измерьте напряжение при каждом положении переключателя на адаптере. Затем мультиметр переведите в режим работы амперметра, соберите цепь по схеме на рисунке 29, измерьте силу тока при каждом фиксированном положении переключателя на адаптере.
Рис. 28
Рис. 29
2. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 10.
Таблица 10 Положение переключателя на адаптере 3,0
4,5
6,0
7,5
9,0
12,0 Напряжение U на лампочке, В Сила тока I в лампочке, А Сопротивление R лампочки, Ом
3. На миллиметровой бумаге постройте график зависимости силы тока от напряжения. По графику определите нелинейность этой зависимости и объясните ее. 4. Омметром мультиметра измерьте начальное сопротивление спирали лампочки при комнатной температуре (ее измеряют также термометром мультиметра) и вычислите температуру вольфрамовой спирали лампочки при номинальном (или близком к нему) режиме работы.