ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ

Приборы и принадлежности: лампа накаливания, реостат, амперметр, вольтметр, ключ.

Цель работы: исследовать зависимость сопротивления металла от температуры и найти рабочую температуру нити лампы накаливания.

Краткая теория

Ток в металлах – это упорядоченное движение электронов. Сопротивление, оказываемое току металлическим проводником, связанно с рассеянием электронов проводимости на тепловых колебаниях кристаллической решетки и структурных неоднородностях (примесных атомах, дефектах решетки). Сопротивление зависит от формы, размеров и свойств материала, из которого он сделан. Согласно экспериментальным исследованиям Ома, сопротивление проводника прямо пропорционально его длине  и обратно пропорционально площади поперечного сечения S.

, где  - удельное сопротивление материала проводника.

Сопротивление металлических проводников зависит от температуры. С повышением температуры усиливается движение ионов в узлах кристаллической решетки, затрудняя тем самым упорядоченное движение электронов проводимости. Поэтому сопротивление металлов увеличивается с повышением температуры по закону:

                                 ,                                                     (1)

где R – сопротивление при температуре t; –сопротивление проводника при  С; t – температура;  - температурный коэффициент сопротивления;

=0,0045

Физический смысл температурного коэффициента сопротивления состоит в том, что он численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании его на .

У большой группы металлов и сплавов при температуре порядка нескольких градусов Кельвина сопротивление скачком обращается в нуль. Впервые это явление, названное сверхпроводимостью, было обнаружено в 1911 году Камерлинг-Оннесом для ртути. В дальнейшем сверхпроводимость была обнаружена и у других металлов и сплавов.

Из формулы (1) найдем температуру t нити лампы:                (2)

Из формулы (2) видно, что рабочую температуру t нити можно определить, если известно сопротивление  при этой температуре и сопротивление . Если пренебречь разницей между сопротивлением при  и при комнатной температуре, то  можно найти, построив график зависимости сопротивления  от напряжения.

Порядок выполнения работы

1. Собрать цепь по схеме ( рис1).

                       R

                                                   ~  K

Рисунок 1- Схема электрической цепи

2. Замкнуть ключ и реостатом R установить на лампе максимальное напряжение (220 В).

3. Записать в таблицу (1) показания амперметра и вольтметра.

4. Далее при помощи реостата уменьшают напряжение на 20 В и записывают значения силы тока и напряжения.

5. Повторяют такие измерения до минимального возможного значения напряжения (20 В)

6. Находят для каждого измерения сопротивление лампы по формуле  и вносят эти значения в таблицу.

7. По полученным результатам измерений и вычислений построить график зависимости сопротивления  от напряжения.

8. Экстраполируя график до пересечения с осью сопротивления, находят значение сопротивления  при (рис.2).

                            R

                                                                              U

Рисунок 2 – График зависимости сопротивления от напряжения

9. Подставив значения  (при наивысшем напряжении) и  в формулу (2), можно приближенно найти рабочую температуру нити лампы накаливания.

Таблица 1. Результаты измерений и расчетов

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой ток в металлах?

2. Запишите и поясните формулу, выражающую зависимость сопротивления от температуры.

3. Объясните на основании классической теории электропроводности, почему сопротивление металлов растет с увеличением температуры.

4. Дайте определение термического коэффициента сопротивления.

5. Запишите и сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи, для замкнутой цепи, для неоднородного участка цепи.

6. Запишите формулу, выражающую зависимость сопротивления проводника от его длины, площади сечения, материала.

Литература [ 2,5,7]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14