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 daliesbendrąją 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 kristalinėsgardelės jonais ir kitais elektronais trukdo tokiam kryptingam judėjimui.Tai ir yra laidininko elektrinės varžos priežastis. Laidininko varžapriklauso jo medžiagos savitosios varžos ρ, ir matmenų, formos.Taisyklingosformos laidininkų varžą galima išreikšti analitine formule. Dažniausiainaudojamu 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 1milgio laidininko varžai. Jos matavimo vienetas Ωm. Savitoji varža priklausonuo laidininko medžiagos rūšies ir temperatūros. Vidutinnių ir aukštųtemperatūrų srityje ρ~T, o žemų temperatūrų srityje ρ~T5. Esant labaižemoms temperatūroms kai kuriems metalams ir lydiniams būdingassuperlaidumas: žemiau tam tikros, kritinės, temperatūros metalų varžapasidaro lygi nuliui. Superlaidumu pasižymi ne visi laidininkai, kai kuriųsavitoji varža ρ→ρliek, kai T→0. Pagal klasikinę elektroninę metalų laidumoteoriją (KEMLT) savitoji varža lygi[pic] . Čia m=9,109∙10-31 kg –elektrono masė, e=1,6002∙10-19 C – jo krūvis, ū – elektronų šiluminiojudėjimo vidutinis greitis, n0 – elektronų koncentracija, λ – elektronų
laisvojo kelio vidutinis ilgis. Skaičiuojant pagal šią formulę gauname, kadρteor 10 – 100 kartų didesnis už ρeksp . Tai vienas iš EMLT trūkumų. Kitasšios teorijos trūkumas yra tai, kad pagal jos teiginius ρ~[pic] kas taippat neatitinka eksperimentų rezultatų.Mokslo raida parodė jog gauti eksperimentines reikšmes atitinkantį ρteorgalima tik remiantis kvantinės fizikos idėjomis. Kvantinėje teorijojegaunama savitosios varžos išraiška yra tokia [pic] . Čia pF – elektronoturinčio vadinamają Fermi energiją, impulsas, o λ – atstumas kurį nueidamos“elektronų bangos“ visiškai išsisklaido. Bangas išsklaido šiluminiaikristalų svyravimai, taip pat įvairūs defektai, priemaišos.Omo dėsnis vienalytės grandinės daliai (elektros srovės stiprumas Igrandinės dalyje yra tiesiog proporcingas tos grandinės dalies įtampai U): [pic] (2)kur R – grandinės varža. Į formulę (2) įtašę varžos išraišką (1) gauname formulę savitajaivaržai apskaičiuoti: [pic] (3). Kad tekėtų srovė t.y. turėtume kryptingą elektronų judėjimą, laidininkoviduje turi būti elektrinis laukas. Stacionarų srovės tekėjimąužtikrinantis elektrinis laukas susideda iš elektrostatinio ir pašaliniųjėgų lauko. Pakanka, kad pašalinės jėgos veiktų elektrinės grandinėsdalyje(pvz., šaltinyje). Grandinės dalis, kurioje pašalinės jėgos neveikiavadinama vienalyte, o kai grandinės dalyje veikia elektrovaros jėga, jivadinama nevienalyte. Laboratoriniame darbe buvo naudojama tokia grandinės jungimo schema:
Kur B, C, D, E, F – to paties metalo laidininkai (vielos). Čia reostatošliaužiklį stūmėme į tokią padėtį kuri atitiktų jo didžiausią varžą. Priepirmojo laidininko gnybtų prispaudėme voltmetro laidų antgalius ir matavomelaidininke įtampos kritimą. 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 irišmatavome 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 apskaičiuotaremiantis 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 varžaapskaičiuota remiantis lygiagretaus ir nuoseklaus laidininkų jungimodėsniais):
[pic]; [pic].2.4 Grandinės dalies MN varžos [pic] pasikliautiniointervalo[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 savitąjavarža [pic]. Vieno iš laidininkų varža yra [pic]. Išsišakojusios grandinės daliesbendroji varža yra R/MN=(12,8(0,4) ( [pic]=(12,6(0,5)( ir jos paklaidųribose sutampa.
———————–[pic]
[pic]
D
B
C
M
N
[pic]
[pic]