ГОТОВЫЕ ДИПЛОМНЫЕ РАБОТЫ, КУРСОВЫЕ РАБОТЫ, ДИССЕРТАЦИИ И РЕФЕРАТЫ
Через два медных проводника, соединенных последовательно, проходит ток. Сравнить скорость упорядоченного движения электронов, если диаметр второго провод
Задача №2. Найти скорость упорядоченного движения электронов v в стальном проводнике, концентрация электронов проводимости в котором п = 1028 м~3, при напряженности поля Е = 96 мВ/м.
Задача №3. Найти скорость упорядоченного движения электронов в медном проводе площадью поперечного сечения 25 мм2 при силе тока 50 А, считая, что на каждый атом приходится один электрон проводимости.
Задача №4. При какой температуре сопротивление серебряного проводника станет в 2 раза больше, чем при 0 °С?
Задача №5. Для определения температурного коэффициента сопротивления меди на катушку медной проволоки подавали одно и то же напряжение. При погружении этой катушки в тающий лед сила тока была 14 мА, а при опускании в кипяток сила тока стала 10 мА. Найти по этим данным температурный коэффициент сопротивления меди.
Сопротивление проводников
Задача №6. Почему электрические лампы накаливания чаще всего перегорают в момент включения?
Задача №7. Почему в момент включения в сеть мощного приемника (например, электрокамина) лампочки в квартире могут на мгновение чуть-чуть пригаснуть?
Задача №8. На сколько процентов изменится мощность, потребляемая электромагнитом, обмотка которого выполнена из медной проволоки, при изменении температуры от 0 до 30 °С?
Задача №9. На баллоне электрической лампы написано 220 В, 100 Вт. Для измерения сопротивления нити накала в холодном состоянии на лампу подали напряжение 2 В, при этом сила тока была 54 мА. Найти приблизительно температуру накала вольфрамовой нити.
Источник: geum.ru
План урока на тему Зависимость сопротивления проводников от температуры (10 класс)
Цель урока: объяснить физическую природу зависимости сопротивления проводников от температуры; ввести понятие температурного коэффициента сопротивления и сверхпроводимости.
Задачи урока:
на основе демонстрации опытов объяснить увеличения сопротивления металлов от температуры и уменьшения у электролитов, получить формулу связи R от t ;
развитие речи, умения выражать и защищать свою точку зрения;
вовлечь всех учащихся в творческую работу;
Тип урока: комбинированный.
Формы организации урока: фронтальная, индивидуальная.
Методы: рассказ, демонстрация опытов, исследование, записи на доске, беседа.
Тип урока: комбинированный.
Формы организации урока: фронтальная, индивидуальная.
Методы: рассказ, демонстрация опытов, исследование, записи на доске, беседа.
Оборудование к уроку:
1) прибор для показа зависимости сопротивления металлов от температуры;
2) спиртовка, спичка;
3) раствор медного купороса;
4) амперметр постоянного тока;
Физика 8 класс : Сопротивление проводника
7) источник постоянного тока.
8) ПК, мультимедиа-проектор, компьютерная презентация.
II. Фронтальный опрос (Слайд 1)
Электрический ток в металлах
а) Что называют электрическим током?
б) Сформулируйте закон Ома для полной цепи.
в) Перечислите хорошие проводники электрического тока.
г) Какой проводимостью обладают металлы? Чем это объясняется?
Носители свободных зарядов в металлах
— свободные электроны, которые упорядоченно перемещаются вдоль проводника под действием электрического поля с постоянной средней скоростью (из-за тормозного действия положительно заряженных ионов кристаллической решетки) (Слайд 4,5)
Металлы обладают электронной проводимостью.
III.Зависимость сопротивления проводника R от температуры:
а) Как можно рассчитать сопротивление проводника?
Различные вещества имеют разные удельные сопротивления (см. § 104).
Проблемный вопрос. Зависит ли сопротивление от состояния проводника? от его температуры? Выслушать мнение учащихся. Ответ должен дать опыт.
Если пропустить ток от аккумулятора через стальную спираль, а затем начать нагревать ее в пламени горелки, то амперметр покажет уменьшение силы тока. Это означает, что с изменением температуры сопротивление проводника меняется. (Опыт№1, рис 1.) Учащиеся наблюдают уменьшение накала спирали и уменьшение силы тока в цепи.
Вопросы учащимся: Как обьяснить данный опыт?
Как меняется сопротивление спирали в зависимости от температуры?
Выслушать рассуждения учащихся.
Увеличение сопротивления можно объяснить тем, при повышении температуры увеличивается скорость и амплитуда хаотического движения ионов кристаллической решетки металла и свободных электронов. Это приводит к более частым их соударениям, что затрудняет направленное движение электронов, то есть увеличивает электрическое сопротивление. (Слайд 7)
Если при температуре, равной 0°С, сопротивление проводника равно Rо, а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления, как показывает опыт, прямо пропорционально изменению температуры t:
При нагревании размеры проводника меняются мало, а в основном меняется удельное сопротивление.
Удельное сопротивление проводника зависит от температуры:
где ρ0 — удельное сопротивление при 0 градусов,
α — температурный коэффициент сопротивления
( т.е. относительное изменение удельного сопротивления проводника при нагревании его на один градус)
Для металлов и сплавов
Обычно для чистых металлов принимается
Таким образом, для металлических проводников с ростом температуры
Рис 1
увеличивается удельное сопротивление, увеличивается сопротивление проводника и уменьшается электрический ток в цепи.
Сопротивление проводника при изменении температуры можно рассчитать по формуле:
где Ro — сопротивление проводника при 0 градусов Цельсия
t — температура проводника
α — температурный коэффициент сопротивления
Хотя коэффициент α довольно мал, учет зависимости сопротивления от температуры при расчете нагревательных приборов совершенно необходим. Так, сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания увеличивается при прохождении по ней тока более чем в 10 раз.
У некоторых сплавов, например, у сплава меди с никелем (константан), температурный коэффициент сопротивления очень мал: α ≈ 10 -5 K -1 . Удельное сопротивление константана велико: ρ ≈ 10 -6 Ом∙м. Такие сплавы используют для изготовления эталонных сопротивлений и добавочных сопротивлений к измерительным приборам, т. е. в тех случаях, когда требуется, чтобы сопротивление заметно не менялось при колебаниях температуры.
Вывод. Удельное сопротивление (соответственно и сопротивление) металлов растет линейно с увеличением температуры.
(Дополнительно.) У растворов электролитов оно уменьшается при увеличении температуры. (рис.2)
(Опыт №2.) Учащиеся наблюдают увеличение силы тока, проходящего через раствор медного купороса при нагревании раствора.
Вопрос учащимся: Как обьяснить данный опыт?
Выслушать мнение учащихся по наблюдаемому опыту.
Уменьшение сопротивления объясняется увеличением степени диссоциации и образованием свободных носителей зарядов
(Слайд 10)Рис. 2
IV. Явление сверхпроводимости
Сверхпроводимость — физическое явление, заключающееся в скачкообразном падении до нуля сопротивления вещества.
Сверхпроводник — вещество, которое может переходить в сверхпроводящее состояние.
Открытие низкотемпературной сверхпроводимости:
1911г. — голландский ученый Камерлинг — Онес
наблюдается при сверхнизких температурах (ниже 25 К) во многих металлах и сплавах;
при таких температурах удельное сопротивление этих веществ становится исчезающе малым.
(Слайды 11,12)
В 1957 г. дано теоретическое объяснение явления сверхпроводимости:
Купер (США), Боголюбов (СССР)
1957г. опыт Коллинза: ток в замкнутой цепи без источника тока не прекращался в течение 2,5 лет.
В 1986 г. открыта (для металлокерамики) высокотемпературная сверхпроводимость (при 100 К).
Трудность достижения сверхпроводимости:
— необходимость сильного охлаждения вещества
Применение явления сверхпроводимости (Слайд 13)
1)Экранирование
Сверхпроводник не пропускает магнитный поток, следовательно, он экранирует электромагнитное излучение. Используется в микроволновых устройствах, а также при создании установок для защиты от излучения при ядерном взрыве
— получение сильных магнитных полей;
— мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой в ускорителях и генераторах.
НТСП магниты используются в ускорителях частиц и установках термоядерного синтеза
Интенсивно проводятся работы по созданию поездов на магнитной подушке. Прототип в Японии использует НТСП.
3)Передача энергии
4)Аккумулирование
Возможность аккумулировать электроэнергию в виде циркулирующего тока
5)Вычислительные устройства
Комбинация полупроводниковых и сверхпроводящих приборов открывает новые возможности в конструировании аппаратуры.
В настоящий момент в энергетике существует большая проблема
— большие потери электроэнергии при передаче ее по проводам.
Возможное решение проблемы:
при сверхпроводимости сопротивление проводников приблизительно равно 0 и потери энергии резко уменьшаются
Вещество с самой высокой температурой сверхпроводимости. В марте 1988 г. в Исследовательском центре компании ИБМ в Сан-Хосе, штат Калифорния, США, при температуре -148°С было получено явление сверхпроводимости. Проводником служила смесь оксидов таллия, кальция, бария и меди — Тl2Са2Ва2Сu3Оx.
1. Когда электрическая лампочка потребляет большую мощность: сразу после включения ее в сеть или спустя несколько минут?
2. Если бы сопротивление спирали электроплитки не менялось с температурой, то ее длина при номинальной мощности должна быть большей или меньшей?
V. Закрепление изученного материала методом решения задач. (Слайды 14-17)
1.Сопротивление медного провода при 0 0 С равно 4 Ом. Найдите его сопротивление при 50 0 С. Если температурный коэффициент сопротивления меди α = 4,3∙10 -3 К -1 .
2.(№864-Р). При какой температуре сопротивление серебряного проводника станет 2 раза больше, чем при 0 0 С?
3.(868 №) На сколько процентов изменится мощность, потребляемая электромагнитом, обмотка которого выполнена из медной проволоки. При изменении температуры от 0 до 30 0 С?
4. (№869-Р) На баллоне электрической лампы написано 220 В, 100 Вт. Для измерения сопротивления нити накала в холодном состоянии на лампу подали напряжение 2 В, при этом сила тока была 54 мА. Найти приблизительно температуру накала вольфрамовой нити
Ответ: уменьшится на 11%
Дополнительный материал к уроку
Металлический термометр сопротивления
Представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или плёнки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Наиболее распространённый тип термометров сопротивления — платиновые термометры. Это объясняется тем, что платина имеет высокий температурный коэффициент сопротивления и высокую стойкость к окислению.
Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом не менее 0,003925. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Действующий стандарт на технические требования к рабочим термометрам сопротивления: ГОСТ Р 8.625-2006 (Термометры сопротивления из платины, меди и никеля.
Общие технические требования и методы испытаний). В стандарте приведены диапазоны, классы допуска, таблицы НСХ и стандартные зависимости сопротивление-температура. Стандарт соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008). В стандарте впервые отказались от нормирования конкретных номинальных сопротивлений. Сопротивление изготовленного термометра может быть любым.
Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев используются со стандартной зависимостью сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает погрешность не лучше 0,1 °C (класс АА при 0 °C). Термометры сопротивления на основе напыленной на подложку плёнки отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном температур. Максимальный диапазон, в котором установлены классы допуска платиновых термометров для проволочных чувствительных элементов составляет 660 °C (класс С), для плёночных 600 °C (класс С).
Краткая теория сверхпроводимости.
Современная теория сверхпроводимости состоит в том, что при температурах, близких к нулю Кельвина, происходит особое взаимодействие между электронами (с порождением и поглощением фотонов), которое характеризуется притяжением между электронами. При таком взаимодействии фотонное притяжение электронов сильнее кулоновского отталкивания.
А поэтому все электроны проводимости образуют связанный коллектив, который не может отдавать энергию малыми порциями. Энергия коллективизированных электронов не расходуется на тепловые колебания ионов. А поэтому сопротивление проводника практически равно нулю. Критическая температура (при которой удельное сопротивление резко падает) для сверхпроводников находится по таблице. Сверхпроводники применяются для получения мощных электромагнитов в ускорительных приборах.
1.Г.Я.Мякишев. Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10
2. А.П. Рымкевич. Сборник задач по физике
Источник: for-teacher.ru
Вариант 19
1. Сила тока в проводнике меняется со временем по уравнению: I = 5 + 2t –3·t 2 . Какое количество электричества проходит через поперечное сечение проводника за время от t1 = 3 с до t2 = 5 с?
2. Сопротивление вольфрамовой нити (α = 5,2·10 -3 К -1 ) электрической лампочки при 20°С равно 35,8 Ом. Какова будет температура нити лампочки, если при включении в сеть напряжением 120 В по нити идет ток 0,33 А?
3. Найдите общее сопротивление резисторов (см.рисунок), если R3 = 10 Ом, R4 = 8 Ом, R1 = R2 = R5 = R6 = 1 Ом.
4. В стальном проводнике (ρ = 10 -7 Ом·м) длиной l = 100 м свободные электроны под действием электрического поля движутся со средней скоростью v> = 5·10 -4 м/с. Определите концентрацию носителей заряда, если разность потенциалов на концах провода равна U = 200 В.
5. Найдите показания амперметра и вольтметра (см.рисунок). Напряжение в сети U = 110 В, сопротивления R1 = 400 Ом, R2 = 600 Ом, сопротивление вольтметра RV = 1 кОм.
6. Аккумулятор дает на внешнее сопротивление 4 Ом ток 0,2 А. Если же внешнее сопротивление равно 7 Ом, то аккумулятор дает ток 0,14 А. Какой ток он даст, если его замкнуть накоротко?
7. Источники тока с электродвижущими силами ε1 и ε2 включены в цепь, как показано на рисунке. Определите силы токов, текущих в сопротивлениях R2 и R3, если ε1 = 10 В и ε2 = 4 В, а R1 = R4 = 2 Ом и R2 = R3 = 4 Ом. Сопротивлениями источников тока пренебречь.
8. К источнику с ЭДС 20 В и внутренним сопротивлением 2,4 Ом подключено сопротивление 6 Ом. Какое сопротивление и как следует подключить дополнительно, чтобы полезная мощность была максимальной? Сравните ее с полезной мощностью, выделяемом в первом сопротивлении, когда второе не подключено.
Модуль 6. Постоянный электрический ток.
Вариант 20
1. При какой постоянной силе тока через поперечное сечение проводника пройдет заряд 50 Кл за промежуток времени от 5 до 10 с от момента включения тока? Какой заряд пройдет через поперечное сечение проводника за то же время, если сила тока в проводнике изменяется со временем по закону I = 6 + 3·t ?
2. При какой температуре сопротивление серебряного проводника станет в n = 2 раза больше, чем при t0 = 0°С? Температурный коэффициент сопротивления серебра α = 4,1·10 -3 град -1 . Тепловым расширением проводника пренебречь.
3. В каждую из сторон правильного шестиугольника включено сопротивление 5 Ом. Кроме того, каждая из вершин соединена с центром шестиугольника таким же сопротивлением. Чему равно сопротивление получившейся системы при подключении противоположными вершинами?
4. Никелиновый стержень (ρ0 = 4·10 -7 Ом·м, α = 10 -4 К -1 ) длиной L = 5 м подключен к источнику постоянного тока с ЭДС ε = 12 В. Температура проводника равна Т = 813 К. Определите плотность тока в проводнике.
5. Найдите показания амперметра и вольтметра (см. рис.). Напряжение в сети U = 110 В, сопротивления R1 = 400 Ом, R2 = 600 Ом, сопротивление вольтметра RV = 1 кОм.
6. К источнику тока с ЭДС = 1,5 В присоединили катушку с сопротивлением R = 0,1 Ом. Амперметр показал силу тока, равную I1 = 0,5 А. Когда к источнику тока присоединили последовательно еще один источник тока с такой же ЭДС, то сила тока в той же катушке оказалась равной I2 = 0,4 А. Определите внутренние сопротивления r1 и r2 первого и второго источников тока.
7. На рисунке ε1 = 10 В, ε2 = 20 В, ε3 = 40 В, а сопротивления R1 = R2 = R3 = 10 Ом. Определите силу токов, протекающих через сопротивления и через источники ЭДС. Внутреннее сопротивление источников ЭДС не учитывать.
8. Три одинаковых источника питания, соединенных параллельно, замыкают на внешнее сопротивление 0,3 Ом. При этом на нем выделяется такая же мощность, как ив случае последовательного соединения 9 таких же источников. Определите внутреннее сопротивление одного источника.
Модуль 6. Постоянный электрический ток.
Источник: studfile.net