Визначення питомого опору і тко провідникових матеріалів.

МЕТА РОБОТИ : отримання навичок визначення питомого опору провідників високої провідності і високого опору компенсаційним методом.

1. Завдання.

   1. Визначити величину питомих опорів кількох запропонованих провідникових матеріалів.

   2. Прилади та матеріали:

1. Міст універсальний Е7-4.

2. Матеріали, які випробовуються.

3. Термометр.

4. Термопіч.

2. Короткі теоретичні відомості.

Здатність матеріалів проводити едектричний струм зветься електропровідністю. Електропровідність характеризується питомою провідністю.

γ = еNμ[См/м] (2.1)

де е - заряд електрона; N - концентрація електронів; μ - рухливість електрона.

Питома провідність характеризує здатність матеріалу до утворення у середині його електричного поля. Електропровідність – це направлений рух електричних зарядів.

G=I/U [A/B=СМ] (2.2)

Величина, обернена питомої провідності матеріалу, є питомий електричний опір. Питомий електричний опір, згідно квантовій механіці, залежить від довжини вільного пробігу електрона на L_ср: чим більше L_ср , тим менший питомий електричний опір матеріалу.

В залежності від геометричних розмірів провідника повний електричний опір може бути виражений формулою:

R = ρ(L/S)[Ом·м/мм²]

ρ = R(S/L)[оммм²/м] = [мкОм·м] (2.3)

де  - питомий опір матеріалу, мкОм·м; R - повний опір матеріалу, Ом; S - площа поперечного перерізу матеріала, мм²; L – довжина провідниковрго матеріалу, м.

Отже визначення питомого опору матеріалів зводиться до визначення повного електричного опору досліджуваного матеріалу. Є багато методів визначення повного електричного опору досліджуваного матеріалу, але найбільш точним є компенсаційний метод.

Суть методу заключається в тому, що при поданні напруги на діагональ моста між точками 1-2 (Рис.2.1) вимірювальний пристрій, який включений в діагональ моста, буде показувати нульове значення, якщо міст буде збалансований (тоді опір плеч моста буде однаковий і поміж точками 3-4 не буде різниці потенціалів), і буде показувати значення, відмінне від нуля, якщо міст не збалансований (тоді опір плеч будуть різними і поміж точками 3-4 виникне різниця потенціалів, яку і зафіксує вимірювальний прилад).

Р исунок 2.1. Схема моста опорів.

Якщо міст розбалансований, то підбором опорів плечей моста резисторами R1; R2; R3 добиваємося балансу моста. При цьому вимірювальний прилад гальванометр – повинен показувати нульові (або мінімальні) значення.

Як відомо, зміна температури провідникових матеріалів дуже впливає на величину електричного опору провідникових матеріалів. Це пов’язано з тим, що зі зміною температури, наприклад, якщо вона збільшується, збільшується енергія вузлів кристалічної гратки провідника, що призводить до збільшення амплітуди коливань вузлів кристалічної решітки. Отже, ймовірність зіткнення вільних електронів з вузлами кристалічної решітки буде зростати, а це означає, що довжина середнього вільного пробігу електронів зменшується, що призводить до зменшення електропровідности провідника, а це означає, що його питомий електричний опір збільшиться.

Залежність електричного опору провідника від температури передається таким виразом:

R_t=R₀(1+ Δt)Ом (2.4)

де Rt - опір провідника при температурі t1; Ro - опір провідника при температурі t0; ΔT - різниця температур; - температурний коефіцієнт електричного опору провідника.

Температурний коефецієнт опору (ТКR,ТКО) показує, як змінюється електричний опір зі зміною температури.

Згідно з формулою (2.4) температурний коефіцієнт електричного опору визначається

[K^-1]

Отже практичне визначення температурного коефецієнта електричного опору зводиться до визначення опору при кімнатній температурі і опору після нагріву.