VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Исследование зависимости сопротивления проводников различных типов от температуры.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
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.