Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej

Imię i nazwisko Konrad Jurycki

Grupa: BDB 4.2.

Data wykonania: 2001.03.12

Ćwiczenie: 3.1

Temat ćwiczenia: Pomiary oporu przewodników na podstawie prawa Ohma

Po przyłożeniu napięcia U do końców przewodnika o długości l powstaje w nim pole elektryczne o natężeniu:

Pole to powoduje że na chaotyczny ruch elektronów nakłada się ruch uporządkowany, zachodzący w kierunku przeciwnym do kierunku wektora E. W przewodniku płynie prąd elektryczny, a natężenie prądu jest równe sumarycznemu ładunkowi, przenoszonemu przez elektrony w jednostce czasu przez przekrój poprzeczny przewodnika:

gdzie e jest ładunkiem elektronu, n₀ -liczbą swobodnych elektronów w jednostce objętości metalu, U -średnią prędkością ruchu uporządkowanego, która oblicza się jako średnią arytmetyczną prędkości ruchu uporządkowanego na początku i na końcu drogi swobodnej.

Zakładając że przy zderzeniu z węzłem sieci krystalicznej elektron traci energię jaką uzyskał wskutek działania siły F_e= - eE, to na początku drogi swobodnej U₀=0.

Pomiędzy kolejnymi zderzeniami, elektron porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym z przyspieszeniem o wartości:

Uzyskując tuz przed zderzeniem prędkość U_max

Tak więc średnia prędkość ruchu uporządkowanego wynosi:

więc:

Wprowadzając oznaczenie:

otrzymamy prawo Ohma w postaci:

Wielkość R jest oporem elektrycznym zwanym również rezystancją.

Opór jest wielkością charakteryzującą metal pod względem przewodzenia prądu elektrycznego. Opór nie zależy od napięcia oraz natężenia prądu przepływającego prądu, natomiast jest on związany z geometrycznymi rozmiarami przewodnika i wielkościami opisującymi stan gazu elektronowego w metalu.

Ze względów praktycznych opór przewodnika wyraża się wzorem:

w którym ρ jest oporem właściwym określonym jako:

Wykonanie ćwiczenia:

Schemat układu pomiarowego do wykonania ćwiczenia:

W obwodzie elektrycznym przewodnik Rx jest połączony równolegle z woltomierzem. Opór zastępczy R tych dwóch elementów obwodu spełnia równanie:

gdzie Rv jest oporem wewnętrznym woltomierza. Jeśli w obwodzie płynie prąd o natężeniu i, to napięcie między punktami A i B wynosi:

U=Ri

więc:

pomiary:

Rv=zakres⋅1000Ω/V

Klasa sprzętu =0,5

R3
woltomierz			mikroamperomierz
podziałka	maks	zakres	podziałka	maks	zakres		U	i	Rv	R
50	75	7,5	50	75	75		5	0,05	7500	101,3514
42	75	7,5	41	75	75		4,2	0,041	7500	103,8576
36,8	75	7,5	35,5	75	75		3,68	0,0355	7500	105,1148
30,8	75	7,5	31	75	75		3,08	0,031	7500	100,6887
46	75	7,5	27	75	75		4,6	0,027	7500	174,3305
26,5	30	3	46	75	75		2,65	0,046	3000	58,73661
R6
woltomierz			mikroamperomierz
podziałka	maks	zakres	podziałka	maks	zakres		U	i	Rv	R
30	30	1,5	75	75	300		1,5	0,3	1500	5,016722
18	30	1,5	75	75	300		0,9	0,3	1500	3,006012
60	75	0,75	60	75	150		0,6	0,12	750	5,033557
40	75	0,75	40	75	150		0,4	0,08	750	5,033557
34	75	0,75	68	75	75		0,34	0,068	750	5,033557
26	30	0,3	52	75	75		0,26	0,052	300	5,084746
R6=	5,04042

Dyskusja błędu:

Rx-ΔR_max < Rx < Rx+ΔR_max

Wnioski:

Na dokładność pomiarów wpływ ma: klasa sprzętu. Większy wpływ ma klasa amperomierza. Aby pomiar uczynić bardziej dokładnym należy wykonać więcej pomiarów.

Przy obliczeniu Rx średniego odrzuciłem najmniejszy wyniku uznając że odstaje on rażąco od pozostały i jest wynikiem błędu grubego (być może pomiar został źle odczytany).

Z obliczeń ΔR_max wynika że wszystkie wyniki mieszczę się w tum zakresie.

4

---