Laidininku varzos ir ju metalo savitosios varzos nustatymas

Laboratorinis darbas Nr.1

LAIDININKŲ VARŽOS IR JŲ METALO SAVITOSIOS VARŽOS

NUSTATYMAS

I. DARBO TIKSLAS:

Nustatyti penkių laidininkų varžas ir jų metalo savitąją varžą,
apskaičiuoti matavimų paklaidas, nustatyti išsišakojusios grandinės dalies
bendrąją varžą.

II. PRIEMONĖS:

Nuolatinės srovės šaltinis U=12V, jungiklis, liniuotė, mikrometras,
laidininkai;

ampermetras: tipas – ACT, vardinė srovė – 100 mA, tikslumo klasė – ( (
0,5, sistema – elektromagnetinė;

reostatas: tipas – RPŠ, varža – R ( 200 (, srovė – I ( 1A;

voltmetras: tipas – TL – 4M2, vardinė įtampa – 1V, tikslumo klasė – ( (
2,5, sistema – elektromagnetinė.

III. TEORINIS DARBO PAGRINDAS:

Elektrinis laukas metaluose sukelia kryptingą elektronų judėjimą, t.y.
elektros srovės tekėjimą. Dažni elektronų susidūrimai su metalo kristalinės
gardelės jonais ir kitais ellektronais trukdo tokiam kryptingam judėjimui.
Tai ir yra laidininko elektrinės varžos priežastis. Laidininko varža
priklauso jo medžiagos savitosios varžos ρ, ir matmenų, formos.Taisyklingos
formos laidininkų varžą galima išreikšti analitine formule. Dažniausiai
naudojamu cilindrinės formos laidininkų varža:

[pic] (1)
čia ρ – savitoji varža, l – laidininko ilgis, S – jo skerspjūvio plotas.
Iš formulės savitoji varža skaitmeniškai lygi 1m2 skerspjūvio ploto ir 1m
ilgio laidininko varžai. Jos matavimo vienetas Ωm. Savitoji varža priklauso
nuo laidininko medžiagos rūšies ir temperatūros. Vidutinnių ir aukštų
temperatūrų srityje ρ~T, o žemų temperatūrų srityje ρ~T5. Esant labai
žemoms temperatūroms kai kuriems metalams ir lydiniams būdingas
superlaidumas: žemiau tam tikros, kritinės, temperatūros metalų varža
pasidaro lygi nuliui. Superlaidumu pasižymi ne visi laidininkai, kai kurių
savitoji varža ρ→ρliek, kai T→0. Pagal klasikinę elektroninę metalų laidumo
teoriją (KEMLT) savitoji varža lygi[pic] . Čia m=9,109∙10-31 kg –
elektrono masė, e=1,6002∙10-19 C –

– jo krūvis, ū – elektronų šiluminio
judėjimo vidutinis greitis, n0 – elektronų koncentracija, λ – elektronų
laisvojo kelio vidutinis ilgis. Skaičiuojant pagal šią formulę gauname, kad
ρteor 10 – 100 kartų didesnis už ρeksp . Tai vienas iš EMLT trūkumų. Kitas
šios teorijos trūkumas yra tai, kad pagal jos teiginius ρ~[pic] kas taip
pat neatitinka eksperimentų rezultatų.
Mokslo raida parodė jog gauti eksperimentines reikšmes atitinkantį ρteor
galima tik remiantis kvantinės fizikos idėjomis. Kvantinėje teorijoje
gaunama savitosios varžos išraiška yra tokia [pic] . Čia pF – elektrono
turinčio vadinamają Fermi energiją, impulsas, o λ – atstumas kurį nueidamos
“elektronų bangos“ visiškai išsisklaido. Bangas išsklaido šiluminiai
kristalų svyravimai, taip pat įvairūs defektai, priemaišos.

Omo dėsnis vienalytės grandinės daliai (elektros srovės stiprumas I
grandinės dalyje yra tiesiog proporcingas tos grandinės dalies įtampai U):

[pic] (2)
kur R – grandinės varža.

Į formulę (2) įtašę varžos išraišką (1) gauname formulę savitajai
varžai apskaičiuoti:

[pic] (3).

Kad tekėtų srovė t.y. turėtume krryptingą elektronų judėjimą, laidininko
viduje turi būti elektrinis laukas. Stacionarų srovės tekėjimą
užtikrinantis elektrinis laukas susideda iš elektrostatinio ir pašalinių
jėgų lauko. Pakanka, kad pašalinės jėgos veiktų elektrinės grandinės
dalyje(pvz., šaltinyje). Grandinės dalis, kurioje pašalinės jėgos neveikia
vadinama vienalyte, o kai grandinės dalyje veikia elektrovaros jėga, ji
vadinama nevienalyte.

Laboratoriniame darbe buvo naudojama tokia grandinės jungimo schema:

Kur B, C, D, E, F – to paties metalo laidininkai (vielos). Čia reostato
šliaužiklį stūmėme į tokią padėtį kuri atitiktų jo didžiausią varžą. Prie
pirmojo laidininko gnybtų prispaudėme voltmetro laidų antgalius ir matavome
laidininke įtampos kr

ritimą.

Naudojome ir išsišakojusios grandinės dalies schema:

[pic]

Čia išjungėme jungtuką J ir atjungėme grandinės laidus taškuose M, N.
Iš laidininkų B, D, C sujungėme šią grandinės dalį. Įjungėme jungtuką ir
išmatavome srovės stiprumą ir bendrą įtampą tarp gnybtų M ir N.

IV. DARBO REZULTATAI:

1. Laidininkų varžos R ir savitosios varžos ρ nustatymas

| |mA |V |( |( |( |( |
|3 |65 |0,83 |12,8 |0,4 |12,6 |0,5 |

2.1 Grandinės dalies MN varžos [pic] skaičiavimas (varža apskaičiuota
remiantis prietaisų parodymais):

[pic] [pic];

[pic].

2.2 Grandinės dalies MN varžos [pic] pasikliautinio intervalo[pic]
skaičiavimas:

[pic];

[pic].

2.3 Grandinės dalies MN varžos [pic] skaičiavimas (grandinės varža
apskaičiuota remiantis lygiagretaus ir nuoseklaus laidininkų jungimo
dėsniais):

[pic];

[pic].
2.4 Grandinės dalies MN varžos [pic] pasikliautinio
intervalo[pic]apskaičiavimas:

[pic]
[pic], kur grandininės dalies CD varža RCD:
[pic];
[pic]; ir grandininės dalies CD varžos RCD paklaida ΔRCD:
[pic];

[pic].

2.5 Grandinės dalies RMN varža:

[pic];

[pic].

V.IŠVADOS:

Specifinė varža metalo laidininke yra :
Ji paklaidos ribose sutampa su žinynuose nurodoma konstantano savitąja
varža [pic].

Vieno iš laidininkų varža yra [pic]. Išsišakojusios grandinės dalies
bendroji varža yra R/MN=(12,8(0,4) ( [pic]=(12,6(0,5)( ir jos paklaidų
ribose sutampa.

———————–
[pic]

[pic]

D

B

C

M

N

[pic]

[pic]

Leave a Comment