Исследование зависимости сопротивления проводников различных типов от температуры.

VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Исследование зависимости сопротивления проводников различных типов от температуры.

Говоров М.Д. 1
1МОУ СОШ №4 с УИОП
Пещеркина  В.В. 1
1МОУ СОШ №4 с УИОП
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

Все знают что некоторые материалы способны проводить электрический ток, а значит, являются проводниками, но не все знают какие типы проводников бывают, как изменяется их проводимость при изменении температуры. В этой работе я постараюсь пролить свет на эти вопросы.

Целью исследовательской работы является:

1. Исследовать зависимость сопротивления проводников, полупроводников и электролитов от температуры.

Объяснить теоретически и исследовать экспериментально свечения инертных газов.

2.Основная часть.

2.1 Теоретическая часть эксперимента.

Проводники.

Проводники – это группа веществ, содержащих много свободных заряженных частиц. Поэтому в них легко создать электрический ток.

К проводникам относят в основном, металлы. Например:

Rуд. серебра = 1.6 · 10 − 8 Ом · Метр

Rуд. аллюминия = 2.7  ·  10 − 8 Ом · Метр

Диэлектрики.

Диэлектрики – это вещества, в которых очень мало свободных заряженных частиц, поэтому сопротивление в них крайне велико. К примеру, сопротивление бакелита, Rуд. бакелита = 10000000 · 109 Ом · Метр.

Полупроводники.

Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Их удельное сопротивление находится в широком диапазоне. Например, Rуд. кремния = 2,3 · 103 Ом · Метр.

2.2 Практическая часть эксперимента.

2.2.1.Исследование зависимости сопротивления металлических проводников от температуры.

Описание эксперимента:

1. Для исследования зависимости сопротивления медного проводника от температуры была собрана установка:

2. При нагревании медного проводника была получена зависимость сопротивления от температуры с интервалом в 5°С. Измерения проводилиcь до температуры 60°С. Полученные результаты были занесены в таблицу.

t, °С

20

25

30

35

40

45

50

55

60

R, Ом

90

92

94

96

97

99

101

103

105

График зависимости сопротивления проводника от температуры.

3. График зависимости R=R(t) для медного проводника построили по результатам измерений, откладывая по оси абсцисс значения температуры, а по оси ординат значения R.

Данная зависимость позволяет сделать вывод, что сопротивление медного проводника растёт с увеличением температуры.

С помощью графика вычислили значение температурного коэффициента сопротивления меди α.

Температурный коэффициент характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры.

3. График зависимости R=R(t) для медного проводника построили по результатам измерений, откладывая по оси абсцисс значения температуры, а по оси ординат значения R.

Данная зависимость позволяет сделать вывод, что сопротивление медного проводника линейно растёт с увеличением температуры.

С помощью графика вычислили значение температурного коэффициента сопротивления меди α.

Температурный коэффициент характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры.

Вывод:

В ходе эксперимента я построил график зависимости сопротивления медного проводника от температуры R=R(t).

Данная зависимость позволяет сделать вывод, что сопротивление медного проводника линейно растёт с увеличением температуры.

С помощью графика вычислили значение температурного коэффициента сопротивления меди α.

α = 4, 6 · 10-3 К-1

2.2.2. Исследование зависимости сопротивления полупроводников от температуры.

Полупроводник.

Для исследования зависимости сопротивления полупроводника от температуры был использовано полупроводниковый терморезистор.

Установка была собрана по аналогичной схеме, что и в первом опыте.

Измерения сопротивления терморезистора проводились при нагревании с интервалом в 5°С. Таблица результатов измерений:

t, °C

25

30

35

40

45

50

55

60

R, Ом

105

78

60

50

45

35

30

28

График зависимости сопротивления R полупроводника (Ом) от температуры t (◦ С):

Вывод:

При нагревании полупроводника сопротивление уменьшается. Эта зависимость похожа на гиперболу.

2.2.3. Исследование зависимости сопротивления электролитов от температуры.

Электролиты.

Электролиты – это растворы и расплавы кислот, солей и щелочей. Они относятся к проводниками 2-го рода. При прохождении по ним электрического тока изменяется химический состав электролита.

К диэлектрикам относится дистиллированная вода, к проводникам – растворы и расплавы солей, кислот и щелочей. Жидкими полупроводниками являются расплавленный селен, расплавы сульфидов и т.д.

В растворах электролитов под влиянием электрического тока происходит распад молекул электролитов на ионы – это называется электролитической диссоциацией

В качестве электролита был использован раствор медного купороса.

Результаты измерений занесены в график:

t, °С

20

25

30

35

40

45

50

55

60

R, Ом

2

1,8

1,6

1,5

1,3

1,1

1

0,8

0,6

График зависимости сопротивления электролита от температуры имеет вид:

Вывод:

При нагревании электролита увеличивается число молекул, распадающихся в единицу времени при электролитической диссоциации, а значит, увеличивается число носителей и падает сопротивление.

Зависимость сопротивления раствора медного купороса линейно уменьшается с ростом температуры.

2.2.4. Исследование свечения различных инертных газов.

Проводимость в газах.

Газовый разряд – электрический ток в газа. Проводимость газа можно увеличить за счёт воздействия внешнего ионизатора или нагревания. В нормальных условиях газ не проводит ток.

Если в какой-то момент ионизатор прекратит свое действие на газ, то ток тоже прекратится. При этом положительно заряженные ионы и электроны могут опять объединиться – рекомбинировать. Если отсутствует внешнее электрическое поле, то заряженные частицы будут исчезать только вследствие рекомбинации.

Энергия, необходимая атомам для излучения света, может поступать и из нетепловых источников. При разряде в газах электрическое поле сообщает электронам большую кинетическую энергию. Быстрые электроны испытывают неупругие соударения с атомами. Часть кинетической энергии электронов идет на возбуждение атомов. Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн. В результате этого разряд в газе сопровождается свечением. Это - электролюминесценция.

Причем, каждый газ имеет свой собственный спектр излучения.

Криптон.

Неон.

Гелий.

Вывод.

Изучая в ходе эксперимента свечение различных инертных газов при высоком напряжении, я теоретически обосновал причину свечения и выяснил, что криптон светится белым, неон красным, а гелий жёлтым цветом.

3. Заключение.

1) В ходе выполнения работы я выяснил, что сопротивление медного проводника линейно растёт с увеличением температуры.

С помощью графика вычислили значение температурного коэффициента сопротивления меди α.

α = 4, 6 · 10-3 К-1

2) При нагревании электролита увеличивается число молекул, диссоциирующих на атомы в единицу времени, а значит, увеличивается число носителей и падает сопротивление.

Зависимость сопротивления электролита линейно уменьшается с ростом температуры.

3) Зависимость сопротивления раствора медного купороса линейно уменьшается с ростом температуры.

4) Изучая в ходе эксперимента свечение различных инертных газов при высоком напряжении, я теоретически обосновал причину свечения и выяснил, что криптон светится белым, неон красным, а гелий жёлтым цветом

4. Список использованных источников и литературы.

1.  Трофимова Т.И. Курс физики. - М.: Высш. шк, 2002. - 542 с.

2. Физика. Электродинамика. 10-11 классы. Учебник для углублённого изучения физики. Мякишев. Дрофа. Москва. 2002.

Просмотров работы: 2480