Отчет по практике: Отчет по лабораторной работе 6 Изучение сопротивлений низкоомных материалов

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»Кафедра общей и технической физикиОТЧЕТпо 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-Петербург2023Цель работы: определение удельного сопротивления, контактного сопротивления, и удельной теплопроводности металлов низкоомных материалов с помощью измерительного усилителя.Краткое теоретическое содержаниеЯвления, изучаемые в работе: сопротивление материалов – алюминия и меди.Определения основных физических понятий, объектов, процессов и величин:

1. 
   Электронный газ — модель в физике твердого тела, описывающая поведение электронов в телах с электронной проводимостью.
   
2. 
   Электрический ток – всякое упорядоченное движение электрических зарядов. Электрический ток называется постоянным, если сила тока и его направление не изменяются с течением времени.
   
3. 
   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.
   
4. 
   Электрическое сопротивление – отношение напряжения (U) на участке электрической цепи к силе тока (I).
   
5. 
   Напряжение – отношение работы (А) сил электрического поля при перемещении заряда (q) из одной точки в другую к величине заряда.
   
6. 
   Удельное сопротивление – сопротивление единицы длины проводника единичной площади сечения.
   
7. 
   Электроны проводимости (свободные электроны) – носители тока, образовавшиеся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определенному атому, а являются общими электронами.
   
8. 
   Плотность тока – направление электрического тока в различных точках рассматриваемой поверхности и распределение силы тока по этой поверхности.
   
9. 
   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

1. 
   , где U – напряжение на выходе усилителя, В; U₀ – точность установки нуля вольтметра, В; К – количество раз, в которое усиливается напряжение.
   
2. 
   , где U_обр – напряжение, В; I – сила тока, А.
   
3. 
   , где R_п – полное сопротивление стержня, Ом; R – среднее значение сопротивления стержня, Ом.
   
4. 
   , где πd²/4 – площадь сечения проводника, м²; R – сопротивление, Ом; l – длина проводника, м.
   
5. 
   , где ρ₀ – плотность материала, кг/м³; А – атомная масса, кг/моль; N₀ – число Авогадро.
   
6. 
   , где k – постоянная Больцмана; T – температура (300 К); m₀ – масса электрона, кг.
   
7. 
   , где е – заряд электрона, кл; l – средняя длина свободного пробега, м; u – средняя скорость теплового движения, м/с.
   
8. 
   , где λ – удельная теплопроводность, Вт/м*К.
   

Формулы погрешности косвенных измеренийТаблица 1Вольт-амперная характеристика алюминиевого стержняU₀=0 В, К=10⁵, U_max=7,5 B

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

Таблица 2Измерение полного сопротивленияU₀=0 В, К=10¹, U_max=1,5 B

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

Таблица 3Вольт-амперная характеристика медного стержняU₀=0 В, К=10⁵, U_max=7,5 B

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

Таблица 4 Измерение полного сопротивленияU₀=0 В, К=10¹, U_max=7,5 B

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

Пример вычисленийА) Исходные данные Удельное сопротивление алюминия ρ=0,0265 мкОм*мУдельное сопротивление меди ρ=0,0168 мкОм*мДлина стержня l=0,315 мДиаметр стержня d=0,025 мБ) Погрешности прямых измеренийΔU₁=0,005 ВΔU₂=0,001 ВΔl =0,001 мΔd=0,001 мΔI=0,025 АВ) Вычисления величин и погрешностей косвенных измерений1) Напряжение на образцеА) алюминияБ) меди2) Cопротивление проводника А) алюминийБ) медь