Файл: Лабораторная работа изучение сопротивлений низкоомных материалов методические указания к лабораторной работе санктпетербург 2023.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.03.2024
Просмотров: 22
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лабораторный вариант МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Санкт-Петербургский горный университет»
Кафедра общей и технической физики
ОБЩАЯ ФИЗИКА
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ИЗУЧЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ НИЗКООМНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Методические указания к лабораторной работе
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2023
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Санкт-Петербургский горный университет»
Кафедра общей и технической физики
ОБЩАЯ ФИЗИКА
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ИЗУЧЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ НИЗКООМНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Методические указания к лабораторной работе
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2023
Лабораторный вариант 2
Цель
работы:
Определение удельного сопротивления,
контактного сопротивления, и удельной теплопроводности металлов низкоомных материалов с помощью измерительного усилителя.
Теоретические основы лабораторной работы
В качестве проводниковых материалов для передачи электроэнергии и для работы различных её потребителей используются в основном металлы. Несмотря на низкое удельное сопротивление, при большой длине металлические проводники могут иметь заметное сопротивление, что приводит к потерям электроэнергии при её передаче и влияет на работу потребителей. Например, из-за большого числа витков активное
(омическое) сопротивление катушки индуктивности может оказаться соизмеримым се реактивным сопротивлением. Часто измерение сопротивления металлов затруднено из-за малости его значения, что приводит к необходимости использования специальных методик. Малое значение сопротивления металлических проводников также приводит к необходимости учета контактного сопротивления.
Указанные особенности применения металлических проводников должны учитываться при разработке и эксплуатации всех электрических устройств, например,
электрических машин,
нагревательных устройств,
осветительных приборов,
радиоэлектронных устройств и т.д. Изучение закономерностей протекания электрического тока в металлах позволит обобщить приобретенные знания и успешно использовать их как в лабораторных условиях, таки в производстве.
Экспериментальные законы и электронная теория. В основе классической электронной теории металлов, развитой Друде и Лоренцем, лежит представление об
электронном газе, состоящем из свободных (коллективизированных) электронов.
Электронному газу приписываются свойства идеального газа, те. движение электронов подчиняется законам классической статистики. Если считать, что атомы в металле ионизированы однократно, то концентрация свободных электронов будет равна концентрации атомов и может быть рассчитана по формуле
,
(6.1)
где r о плотность материала А – атомная масса число Авогадро.
В соответствии с атомно-кинетической теорией идеальных газов средняя кинетическая энергия электронов, находящихся в состоянии непрерывного хаотического движения, линейно возрастает с температурой:
,
(6.2)
где
– средняя скорость теплового движения k – постоянная Больцмана. Температуре К соответствует средняя скорость порядкам с, m
0
– масса электрона.
Приложение внешнего напряжения приводит к увлечению электронов в направлении действующих сил поля, те. электроны получают некоторую добавочную скорость направленного движения, благодаря чему и возникает электрический ток.
Плотность тока в проводнике определяется выражением
(6.3)
где e – заряд электрона средняя скорость направленного движения носителей заряда
(скорость дрейфа
Цель
работы:
Определение удельного сопротивления,
контактного сопротивления, и удельной теплопроводности металлов низкоомных материалов с помощью измерительного усилителя.
Теоретические основы лабораторной работы
В качестве проводниковых материалов для передачи электроэнергии и для работы различных её потребителей используются в основном металлы. Несмотря на низкое удельное сопротивление, при большой длине металлические проводники могут иметь заметное сопротивление, что приводит к потерям электроэнергии при её передаче и влияет на работу потребителей. Например, из-за большого числа витков активное
(омическое) сопротивление катушки индуктивности может оказаться соизмеримым се реактивным сопротивлением. Часто измерение сопротивления металлов затруднено из-за малости его значения, что приводит к необходимости использования специальных методик. Малое значение сопротивления металлических проводников также приводит к необходимости учета контактного сопротивления.
Указанные особенности применения металлических проводников должны учитываться при разработке и эксплуатации всех электрических устройств, например,
электрических машин,
нагревательных устройств,
осветительных приборов,
радиоэлектронных устройств и т.д. Изучение закономерностей протекания электрического тока в металлах позволит обобщить приобретенные знания и успешно использовать их как в лабораторных условиях, таки в производстве.
Экспериментальные законы и электронная теория. В основе классической электронной теории металлов, развитой Друде и Лоренцем, лежит представление об
электронном газе, состоящем из свободных (коллективизированных) электронов.
Электронному газу приписываются свойства идеального газа, те. движение электронов подчиняется законам классической статистики. Если считать, что атомы в металле ионизированы однократно, то концентрация свободных электронов будет равна концентрации атомов и может быть рассчитана по формуле
,
(6.1)
где r о плотность материала А – атомная масса число Авогадро.
В соответствии с атомно-кинетической теорией идеальных газов средняя кинетическая энергия электронов, находящихся в состоянии непрерывного хаотического движения, линейно возрастает с температурой:
,
(6.2)
где
– средняя скорость теплового движения k – постоянная Больцмана. Температуре К соответствует средняя скорость порядкам с, m
0
– масса электрона.
Приложение внешнего напряжения приводит к увлечению электронов в направлении действующих сил поля, те. электроны получают некоторую добавочную скорость направленного движения, благодаря чему и возникает электрический ток.
Плотность тока в проводнике определяется выражением
(6.3)
где e – заряд электрона средняя скорость направленного движения носителей заряда
(скорость дрейфа
Лабораторный вариант В медном проводнике плотности тока соответствует скорость дрейфа электронов порядка, те. можно считать, что в реальных условиях выполняется равенство
В промежутках между столкновениями с узлами решетки электроны при воздействии электрического поля движутся с ускорением
Максимальная скорость дрейфа, приобретаемая электроном к концу свободного пробега,
,
где – время свободного пробега.
После столкновения для большинства электронов скорость направленного движения падает до нуля, те. накопленная кинетическая энергия передается атомам решетки. Поэтому среднее значение скорости дрейфа за время свободного пробега равно половине максимального:
Поскольку
, то при расчете времени свободного пробега добавку скорости можно не учитывать:
,
где
– средняя длина свободного пробега электронов.
Подстановка полученных соотношений в формулу для плотности тока приводит к следующему результату:
(6.4)
т.е. плотность тока пропорциональна напряженности электрического поля, а это есть аналитическое выражение закона Ома.
Таким образом, в рамках классической теории выражение для удельной электропроводности:
(6.5)
Представления о свободных электронах позволяет легко прийти к экспериментальному закону Видемана – Франца, устанавливающему связь между проводимостью и теплопроводностью металла. Электроны в металле переносят не только электрический заряд, но и выравнивают в нем температуру, обеспечивая высокую теплопроводность. Благодаря высокой концентрации свободных электронов, электронная теплопроводность преобладает над другими механизмами переноса теплоты. В
соответствии с атомно-кинетической теорией идеального газа электронная теплопроводность может быть записана в виде
Поделив это выражение на удельную проводимость, найденную из (6.4), с учетом формулы (6.2) получим
В промежутках между столкновениями с узлами решетки электроны при воздействии электрического поля движутся с ускорением
Максимальная скорость дрейфа, приобретаемая электроном к концу свободного пробега,
,
где – время свободного пробега.
После столкновения для большинства электронов скорость направленного движения падает до нуля, те. накопленная кинетическая энергия передается атомам решетки. Поэтому среднее значение скорости дрейфа за время свободного пробега равно половине максимального:
Поскольку
, то при расчете времени свободного пробега добавку скорости можно не учитывать:
,
где
– средняя длина свободного пробега электронов.
Подстановка полученных соотношений в формулу для плотности тока приводит к следующему результату:
(6.4)
т.е. плотность тока пропорциональна напряженности электрического поля, а это есть аналитическое выражение закона Ома.
Таким образом, в рамках классической теории выражение для удельной электропроводности:
(6.5)
Представления о свободных электронах позволяет легко прийти к экспериментальному закону Видемана – Франца, устанавливающему связь между проводимостью и теплопроводностью металла. Электроны в металле переносят не только электрический заряд, но и выравнивают в нем температуру, обеспечивая высокую теплопроводность. Благодаря высокой концентрации свободных электронов, электронная теплопроводность преобладает над другими механизмами переноса теплоты. В
соответствии с атомно-кинетической теорией идеального газа электронная теплопроводность может быть записана в виде
Поделив это выражение на удельную проводимость, найденную из (6.4), с учетом формулы (6.2) получим
Лабораторный вариант те. отношение удельной теплопроводности кудельной проводимости металла приданной температуре есть величина постоянная, независящая от природы проводника.
Отсюда, в частности, следует, что хорошие проводники электрического тока являются и хорошими проводниками теплоты. Константа получила название числа
Лоренца.
Экспериментальные значения числа Лоренца при комнатной температуре для подавляющего числа металлов хорошо согласуются с теоретическим значением.
Для металлических образцов реальных размеров, учитывая, что удельное сопротивление в среднем варьируется от до 10
-5
Ом×м, величины сопротивлений оказываются также малы. Поэтому при пропускании через образцы даже значительного тока падения напряжения на них оказываются невелики, что затрудняет измерение этих напряжений. В связи с этим в данной работе напряжение измеряется с помощью усилителя (так называемый четырехпроводный метод измерения истинное значение напряжение на образце усиливается в К раз. Таким образом напряжение на образце U
обр находится по формуле
,
(6.7)
где U – измеряемое мультиметром на выходе усилителя напряжение, U
0
– точность установки нуля вольтметра.
Ещё одной особенностью измерений является то, что контактное сопротивление,
обусловленное растеканием тока в объём образца, оказывается соизмеримо и даже на практике значительно больше самого измеряемого сопротивления. Его большое значение обусловлено тем, что растекание тока в объем стержня происходит с малой площади контакта. Поэтому напряжение с образца следует снимать в точках, удаленных на некоторое расстояние от точек к которым подводится электрический ток через образец.
Схема установки
Рис.1. Принципиальная электрическая схема установки. ИП – источник питания,
А – амперметр, V – вольтметр, У – измерительный усилитель, R – исследуемый образец с малым сопротивлением.
Порядок выполнения работы
При выполнении работы следует строго соблюдать правила техники безопасности и охраны труда, установленные в лаборатории. Выполнять работу нужно предельно аккуратно, не трясти и не толкать установку, поскольку это может исказить результаты.
Работа выполняется в строгом соответствии с нижеизложенным порядком выполнения ив объёме, предусмотренном индивидуальным заданием.
Записать в таблицу технические данные прибора:
№
п.п.
Название прибора
Пределы измерений
Число делений
Цена деления
Класс точности
Абсолютная приборная погрешность
1
R
И
П
А
V
У
R
И
П
А
V
У
a
)
б
)
Отсюда, в частности, следует, что хорошие проводники электрического тока являются и хорошими проводниками теплоты. Константа получила название числа
Лоренца.
Экспериментальные значения числа Лоренца при комнатной температуре для подавляющего числа металлов хорошо согласуются с теоретическим значением.
Для металлических образцов реальных размеров, учитывая, что удельное сопротивление в среднем варьируется от до 10
-5
Ом×м, величины сопротивлений оказываются также малы. Поэтому при пропускании через образцы даже значительного тока падения напряжения на них оказываются невелики, что затрудняет измерение этих напряжений. В связи с этим в данной работе напряжение измеряется с помощью усилителя (так называемый четырехпроводный метод измерения истинное значение напряжение на образце усиливается в К раз. Таким образом напряжение на образце U
обр находится по формуле
,
(6.7)
где U – измеряемое мультиметром на выходе усилителя напряжение, U
0
– точность установки нуля вольтметра.
Ещё одной особенностью измерений является то, что контактное сопротивление,
обусловленное растеканием тока в объём образца, оказывается соизмеримо и даже на практике значительно больше самого измеряемого сопротивления. Его большое значение обусловлено тем, что растекание тока в объем стержня происходит с малой площади контакта. Поэтому напряжение с образца следует снимать в точках, удаленных на некоторое расстояние от точек к которым подводится электрический ток через образец.
Схема установки
Рис.1. Принципиальная электрическая схема установки. ИП – источник питания,
А – амперметр, V – вольтметр, У – измерительный усилитель, R – исследуемый образец с малым сопротивлением.
Порядок выполнения работы
При выполнении работы следует строго соблюдать правила техники безопасности и охраны труда, установленные в лаборатории. Выполнять работу нужно предельно аккуратно, не трясти и не толкать установку, поскольку это может исказить результаты.
Работа выполняется в строгом соответствии с нижеизложенным порядком выполнения ив объёме, предусмотренном индивидуальным заданием.
Записать в таблицу технические данные прибора:
№
п.п.
Название прибора
Пределы измерений
Число делений
Цена деления
Класс точности
Абсолютная приборная погрешность
1
R
И
П
А
V
У
R
И
П
А
V
У
a
)
б
)
Лабораторный вариант 5
2 1) Включить приборы. Выключатели источника питания и измерительного усилителя расположены на задних панелях. Мультиметры включаются нажатием кнопки) Установить регуляторы “V” и “A” источника в выключенное положение повернуть их в против часовой стрелки до упора) Установить следующие параметры настройки усилителя R = 10 Ом, усиление) 10 3
, константа таймера (Time Constant) 0 секунд) Собрать схему, как указано на риса, соединив амперметр с алюминиевым стержнем последовательно и подключив их к выходу источника питания. При этом подсоединить контактные клеммы к торцам стержня. Вход усилителя ( In ) соединить проводами с контактными гнездами на стержне (2 отверстия, просверленных перпендикулярно оси стержня. Выход усилителя (Out) соединить с вольтметром) С помощью регулятора нулевого положения на усилителе добиться наименьших показаний вольтметра. Предел измерений на мультиметре в режим вольтметра выбрать так, чтобы он не показывал переполнение. Записать полученное значение U
0.
6) Мультиметр, используемый в качестве амперметра, установить в положение А) На источнике поставить регулятор напряжения “V” в среднее положение.
Снять вольт-амперную характеристику алюминиевого стержня в соответствии с
Таблицей 1. Для этого регулятором А на источнике увеличивать токи фиксировать показание вольтметра.
Таблица 1
Вольт-амперная характеристика алюминиевого стержня *
U
0
= … K = 10 3
d = 2,5 см = 31,5 см **
I
A
0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25
… Ом Здесь приведены рекомендованные значения тока. Необязательно выставлять точно указанные значения тока. Однако, измеряемое значение тока должно быть зафиксировано точно d – диаметр исследуемого стержня, l – расстояние между контактными гнёздами.
8) Переключить провода, идущие на вход усилителя с контактных гнёзд на стержне на контактные гнезда разъемов, подключенных к торцам стержня (рис. 1, б) Определить контактное сопротивление, проведя измерения, аналогичные пункту 7. Данные занести в Таблицу Таблица Измерение полного сопротивления пс учётом контактного сопротивления к Al
)*
U
0
= … K = 10 3
I
A 0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25
…
2,00
U
B
R
п
Ом
R
к
Ом
* Поскольку контактное сопротивление значительно больше сопротивления стержня,
следует изменить предел измерения на вольтметре
2 1) Включить приборы. Выключатели источника питания и измерительного усилителя расположены на задних панелях. Мультиметры включаются нажатием кнопки) Установить регуляторы “V” и “A” источника в выключенное положение повернуть их в против часовой стрелки до упора) Установить следующие параметры настройки усилителя R = 10 Ом, усиление) 10 3
, константа таймера (Time Constant) 0 секунд) Собрать схему, как указано на риса, соединив амперметр с алюминиевым стержнем последовательно и подключив их к выходу источника питания. При этом подсоединить контактные клеммы к торцам стержня. Вход усилителя ( In ) соединить проводами с контактными гнездами на стержне (2 отверстия, просверленных перпендикулярно оси стержня. Выход усилителя (Out) соединить с вольтметром) С помощью регулятора нулевого положения на усилителе добиться наименьших показаний вольтметра. Предел измерений на мультиметре в режим вольтметра выбрать так, чтобы он не показывал переполнение. Записать полученное значение U
0.
6) Мультиметр, используемый в качестве амперметра, установить в положение А) На источнике поставить регулятор напряжения “V” в среднее положение.
Снять вольт-амперную характеристику алюминиевого стержня в соответствии с
Таблицей 1. Для этого регулятором А на источнике увеличивать токи фиксировать показание вольтметра.
Таблица 1
Вольт-амперная характеристика алюминиевого стержня *
U
0
= … K = 10 3
d = 2,5 см = 31,5 см **
I
A
0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25
… Ом Здесь приведены рекомендованные значения тока. Необязательно выставлять точно указанные значения тока. Однако, измеряемое значение тока должно быть зафиксировано точно d – диаметр исследуемого стержня, l – расстояние между контактными гнёздами.
8) Переключить провода, идущие на вход усилителя с контактных гнёзд на стержне на контактные гнезда разъемов, подключенных к торцам стержня (рис. 1, б) Определить контактное сопротивление, проведя измерения, аналогичные пункту 7. Данные занести в Таблицу Таблица Измерение полного сопротивления пс учётом контактного сопротивления к Al
)*
U
0
= … K = 10 3
I
A 0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25
…
2,00
U
B
R
п
Ом
R
к
Ом
* Поскольку контактное сопротивление значительно больше сопротивления стержня,
следует изменить предел измерения на вольтметре
Лабораторный вариант 6
** По указанию преподавателя могут быть измерены по отдельности контактное сопротивление левого и правого концов стержня) Повторить пункты 4) – 9) для медного стержня, заполнив таблицы 3 и 4 по аналогии соответственно с таблицами 1 и Обработка результатов. Построить вольт-амперные характеристики исследованных проводников. Поданным таблиц 1 и 3 рассчитать сопротивления проводников с использованием закона Ома для участка цепи и формулы (6.7) для U
обр
Вычислить среднее значение сопротивления каждого образца и рассчитать погрешность измерений. На основании формулы, где S =
pd
2
/4, рассчитать удельное сопротивление алюминия и меди. Сравнить полученные значения со справочными данными. Поданным таблиц 2 и 4 рассчитать контактное сопротивление к для этого необходимо учесть, что измеренное в таблице 1 сопротивление включено последовательно с контактным сопротивлением.
Поэтому
R
к Al
= пик п Cu
– R
Cu
, где R
Al
– среднее значение сопротивления алюминиевого образца, полученное в пункте 2, а R
Cu
– среднее значение сопротивления медного образца, полученное в пункте 2.
4. Рассчитать среднюю длину свободного пробега электронов в алюминии и меди с использованием формул (6.5) и (6.1). При этом среднюю скорость теплового движения электронов рассчитать на основе формулы (6.2) для температуры 300 К.
Результаты сравнить со справочными значениями. На основе формулы (6.6) рассчитать удельную теплопроводность алюминия и меди. Полученные результаты сравнить со справочными значениями.
Контрольные вопросы. Что называется электрическим сопротивлением и удельным сопротивлением?
Назовите единицы этих величин. Основные положения классической электронной теории проводимости металлов. Что такое длина свободного пробега электронов в проводниках Почему она может существенно превышать межатомное расстояние. Чем отличаются понятия свободные электроны и электроны проводимости. Что такое контактное сопротивление и чем оно обусловлено. Почему при расчете сопротивления соединительного проводника относительно малого диаметра можно не учитывать контактное сопротивление. Почему при измерении низких сопротивлений необходимо использовать измерительный усилитель. Чем могут быть обусловлены различия измеренного и справочного значений удельных сопротивлений. Чем объясняется большое значение длины свободного пробега электронов в металле по сравнению с межатомным расстоянием?
ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ОТЧЁТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Отчёт оформляется в печатном виде на листах формата А в соответствии с указанными ниже требованиями
** По указанию преподавателя могут быть измерены по отдельности контактное сопротивление левого и правого концов стержня) Повторить пункты 4) – 9) для медного стержня, заполнив таблицы 3 и 4 по аналогии соответственно с таблицами 1 и Обработка результатов. Построить вольт-амперные характеристики исследованных проводников. Поданным таблиц 1 и 3 рассчитать сопротивления проводников с использованием закона Ома для участка цепи и формулы (6.7) для U
обр
Вычислить среднее значение сопротивления каждого образца и рассчитать погрешность измерений. На основании формулы, где S =
pd
2
/4, рассчитать удельное сопротивление алюминия и меди. Сравнить полученные значения со справочными данными. Поданным таблиц 2 и 4 рассчитать контактное сопротивление к для этого необходимо учесть, что измеренное в таблице 1 сопротивление включено последовательно с контактным сопротивлением.
Поэтому
R
к Al
= пик п Cu
– R
Cu
, где R
Al
– среднее значение сопротивления алюминиевого образца, полученное в пункте 2, а R
Cu
– среднее значение сопротивления медного образца, полученное в пункте 2.
4. Рассчитать среднюю длину свободного пробега электронов в алюминии и меди с использованием формул (6.5) и (6.1). При этом среднюю скорость теплового движения электронов рассчитать на основе формулы (6.2) для температуры 300 К.
Результаты сравнить со справочными значениями. На основе формулы (6.6) рассчитать удельную теплопроводность алюминия и меди. Полученные результаты сравнить со справочными значениями.
Контрольные вопросы. Что называется электрическим сопротивлением и удельным сопротивлением?
Назовите единицы этих величин. Основные положения классической электронной теории проводимости металлов. Что такое длина свободного пробега электронов в проводниках Почему она может существенно превышать межатомное расстояние. Чем отличаются понятия свободные электроны и электроны проводимости. Что такое контактное сопротивление и чем оно обусловлено. Почему при расчете сопротивления соединительного проводника относительно малого диаметра можно не учитывать контактное сопротивление. Почему при измерении низких сопротивлений необходимо использовать измерительный усилитель. Чем могут быть обусловлены различия измеренного и справочного значений удельных сопротивлений. Чем объясняется большое значение длины свободного пробега электронов в металле по сравнению с межатомным расстоянием?
ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ ОТЧЁТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Отчёт оформляется в печатном виде на листах формата А в соответствии с указанными ниже требованиями
Лабораторный вариант Помимо стандартного титульного листа в содержании отчёта должны быть раскрыты пункты, перечисленные ниже. Цель работы. Краткое теоретическое содержание) Явление, изучаемое в работе) Определения основных физических понятий, объектов, процессов и величин) Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых, получены расчётные формулы) Пояснения к физическим величинами их единицы измерений. Схема установки. Расчётные формулы. Формулы для расчёта погрешностей косвенных измерений. Таблицы с результатами измерений и вычислений. (Таблицы должны иметь
номер и название. Единицы измерения физических величин должны быть
указаны в отдельной строке таблицы подстрокой с обозначениями
физических величин. Пример вычисления (для одного опыта) Исходные данные) Вычисления) Окончательный результат. Графический материал) Записать аналитическое выражение функциональной зависимости, которая представлена на графике) На осях координат указать масштаб, физические величины и единицы измерения) На координатной плоскости должны быть нанесены экспериментальные точки) По результатам эксперимента, представленным на координатной плоскости,
провести плавную линию, аппроксимирующую функциональную теоретическую зависимость в соответствии с методом наименьших квадратов. Анализ полученного результата. Выводы.
ПРАВИЛА ПОСТРОЕНИЯ ГРАФИКОВ. Графики строятся с использованием компьютера. Перед построением графика необходимо четко определить, какая переменная величина является аргументом, а какая функцией. Значения аргумента откладываются на оси абсцисс (ось х, значения функции - на оси ординат (ось у. Из экспериментальных данных определить пределы изменения аргумента и функции. Указать физические величины, откладываемые на координатных осях, и обозначить единицы величин. На осях координат указать масштаб (при очень больших или очень малых величинах, показательную часть в записи величины указать рядом с единицами измерений на оси. Нанести на график экспериментальные точки, обозначив их (крестиком,
кружочком, жирной точкой. Провести через экспериментальные точки плавную линию, в соответствии с выбранной аппроксимирующей (приближающей) функцией, описывающей зависимость между величинами, полученными в результате экспериментальных измерений.
(Определение параметров приближающей функции выполняется одним из наиболее распространённых математических методов - методом наименьших квадратов. В
номер и название. Единицы измерения физических величин должны быть
указаны в отдельной строке таблицы подстрокой с обозначениями
физических величин. Пример вычисления (для одного опыта) Исходные данные) Вычисления) Окончательный результат. Графический материал) Записать аналитическое выражение функциональной зависимости, которая представлена на графике) На осях координат указать масштаб, физические величины и единицы измерения) На координатной плоскости должны быть нанесены экспериментальные точки) По результатам эксперимента, представленным на координатной плоскости,
провести плавную линию, аппроксимирующую функциональную теоретическую зависимость в соответствии с методом наименьших квадратов. Анализ полученного результата. Выводы.
ПРАВИЛА ПОСТРОЕНИЯ ГРАФИКОВ. Графики строятся с использованием компьютера. Перед построением графика необходимо четко определить, какая переменная величина является аргументом, а какая функцией. Значения аргумента откладываются на оси абсцисс (ось х, значения функции - на оси ординат (ось у. Из экспериментальных данных определить пределы изменения аргумента и функции. Указать физические величины, откладываемые на координатных осях, и обозначить единицы величин. На осях координат указать масштаб (при очень больших или очень малых величинах, показательную часть в записи величины указать рядом с единицами измерений на оси. Нанести на график экспериментальные точки, обозначив их (крестиком,
кружочком, жирной точкой. Провести через экспериментальные точки плавную линию, в соответствии с выбранной аппроксимирующей (приближающей) функцией, описывающей зависимость между величинами, полученными в результате экспериментальных измерений.
(Определение параметров приближающей функции выполняется одним из наиболее распространённых математических методов - методом наименьших квадратов. В
Лабораторный вариант компьютерной программе Е реализация метода осуществляется при использовании режима линии тренда и выбранного вид аппроксимирующей функции.)
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЗАЩИТЕ ОТЧЕТА
К защите допускаются студенты, подготовившие отчет в соответствии с требованиями к его содержанию в установленные сроки. После проверки преподавателем содержания отчёта, при наличии ошибок и недочетов, работа возвращается студенту на доработку. При правильном выполнении лабораторной работы, соблюдении всех требований к содержанию и оформлению отчёта, студент допускается к защите.
Для успешной защиты отчета необходимо изучить теоретический материал по теме работы, атак же освоить математический аппарат, необходимый для вывода расчётных формул работы.
При подготовке к защите, помимо данного методического пособия, необходимо использовать учебники и другие учебные пособия, рекомендованные к учебному процессу кафедрой ОТФ.
Во время защиты студент должен уметь ответить на вопросы преподавателя в полном объёме теоретического и методического содержания данной лабораторной работы, уметь самостоятельно вывести необходимые расчётные формулы, выполнить анализ полученных зависимостей и прокомментировать полученные результаты.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК УЧЕБНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. Калашников Н.П. Основы физики. М Дрофа, 2004. Т. 1 2. Савельев ИВ. Курс физики. М Наука, 1998. Т. 2.
3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М Высшая школа, 2000.
4. Иродов И.Е Электромагнетизм. М Бином, 2006.
5. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М Наука, 1998.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Основные физические свойства чистых металлов при 20°С
Металл
Магнитные свойства
*
Атомная масса
Плотность
Температура плавления
Удельная теплопроводность Удельное сопротивление
Длина свободного пробега
Работа выхода
Температура перехода в
сверхпроводящ ее состояние г/моль кг/м
3
°С Вт/(м×К) мкОм×м
Å
эВ
К
Al
П
27,0 2700 660 218 0,0265 263 4,25 Д 8920 1083 406 0,0168 420 Ф 55,8 7870 1540 73,3 0,097 220 П – парамагнетик, Д – диамагнетик, Ф – ферромагнетик. Число после буквы Ф
означает температуру магнитного разупорядочения в С
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЗАЩИТЕ ОТЧЕТА
К защите допускаются студенты, подготовившие отчет в соответствии с требованиями к его содержанию в установленные сроки. После проверки преподавателем содержания отчёта, при наличии ошибок и недочетов, работа возвращается студенту на доработку. При правильном выполнении лабораторной работы, соблюдении всех требований к содержанию и оформлению отчёта, студент допускается к защите.
Для успешной защиты отчета необходимо изучить теоретический материал по теме работы, атак же освоить математический аппарат, необходимый для вывода расчётных формул работы.
При подготовке к защите, помимо данного методического пособия, необходимо использовать учебники и другие учебные пособия, рекомендованные к учебному процессу кафедрой ОТФ.
Во время защиты студент должен уметь ответить на вопросы преподавателя в полном объёме теоретического и методического содержания данной лабораторной работы, уметь самостоятельно вывести необходимые расчётные формулы, выполнить анализ полученных зависимостей и прокомментировать полученные результаты.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК УЧЕБНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. Калашников Н.П. Основы физики. М Дрофа, 2004. Т. 1 2. Савельев ИВ. Курс физики. М Наука, 1998. Т. 2.
3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М Высшая школа, 2000.
4. Иродов И.Е Электромагнетизм. М Бином, 2006.
5. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М Наука, 1998.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Основные физические свойства чистых металлов при 20°С
Металл
Магнитные свойства
*
Атомная масса
Плотность
Температура плавления
Удельная теплопроводность Удельное сопротивление
Длина свободного пробега
Работа выхода
Температура перехода в
сверхпроводящ ее состояние г/моль кг/м
3
°С Вт/(м×К) мкОм×м
Å
эВ
К
Al
П
27,0 2700 660 218 0,0265 263 4,25 Д 8920 1083 406 0,0168 420 Ф 55,8 7870 1540 73,3 0,097 220 П – парамагнетик, Д – диамагнетик, Ф – ферромагнетик. Число после буквы Ф
означает температуру магнитного разупорядочения в С