Інформація для вчителів
Застосування
Схема установки
Усі електричні прилади здебільшого потрібно заряджати кабелем або вони під'єднані кабелем до електромережі. При цьому вони мають різні вимоги до значень струму та напруги. Ці значення регулюють опори, які є і в кабелях, щоб електричні прилади не зазнали пошкоджень. При цьому діє:
де - довжина, - площа поперечного перерізу, а - залежний від матеріалу питомий опір. Який питомий опір мають деякі поширені матеріали, досліджують експериментально в цьому досліді.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають уміти скласти просте електричне коло. Їм має бути відоме поняття сили струму та поняття напруги. В ідеалі поняття питомого опору вже має бути розглянуте теоретично у зв'язку з поперечним перерізом і довжиною дроту.
Принцип
Електричний опір матеріалу залежить від його форми (довжини та поперечного перерізу), але також і від його питомого опору. Останній у металів значно менший, ніж в інших матеріалів, причому питомий опір помітно різниться і між різними металами.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
Виходячи з експериментально встановлених залежностей для сталих і , а також для сталих і , через було введено питомий опір як „сталу" матеріалу і виведено рівняння . За допомогою цього рівняння учні мають експериментально визначити величину для поширених провідникових матеріалів.
Завдання
Потрібно виміряти питомий опір 3 різних матеріалів (мідь, залізо і константан) у вигляді дроту. Для цього дроти вмикають в електричне коло і спершу щоразу вимірюють напругу за незмінної сили струму. Після цього записують довжину затиснутих дротів, щоб потім під час опрацювання результатів обчислити різні питомі опори.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Зауваження
На відміну від визначення для константану, під час визначення для заліза й особливо для міді треба працювати особливо ретельно: наприклад, відносна похибка для напруги при дослідженні мідного дроту велика, а при дослідженні залізного дроту контакти можуть бути неоптимальними через наліт іржі.
Задане значення сили постійного струму потрібне для того, щоб дроти не нагрівалися надто сильно і щоб не доводилося перемикати діапазон вимірювання для та .
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Заряджання смартфона
Щоб зарядити смартфон, зазвичай використовують провідний кабель, через який струм може текти з розетки у смартфон для заряджання акумулятора. Наскільки добре струм тече через цей провідник, залежить від різних параметрів. До них належить опір кабелю. Цей так званий питомий опір залежить від матеріалу. Отже, правильним вибором матеріалу можна оптимізувати опір у кабелі.
Який питомий опір мають деякі матеріали, ти дізнаєшся в цьому досліді.
Завдання
Якими є питомі опори деяких металів?
Визнач питомі опори дротів із:
- міді
- заліза
- константану
Обладнання
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Лінійка (прибл. 30 см) | 1 |
Складання (1/3)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/3)
- Склади дослід відповідно до рисунка ліворуч. Схему кола ти побачиш, якщо натиснеш на синю кнопку.
- Під'єднай до електричного кола блок живлення (ліворуч), датчик напруги (угорі) та датчик струму (внизу).
- Затисни мідний дріт за допомогою 2 затискачів типу "Крокодил" і встав затискачі в крайні положення.
Рис. 1 Складання установки
Складання (3/3)
Знімок екрана застосунку з невімкненим блоком живлення
- Увімкни обидва датчики Cobra SMARTsense, утримуючи в обох кнопку ввімк./вимк. натиснутою приблизно три секунди.
- Запусти тепер measureAPP і з'єднайся з обома датчиками, вибравши їх у розділі "Датчики".
- Налаштуй відображення так, щоб виміряні значення показувалися тобі числами. Цього ти досягнеш, натиснувши на "0.0" угорі в застосунку. Ліворуч ти бачиш, як це тоді виглядає.
Виконання
Установи блок живлення на і ввімкни його. Обережно підвищуй напругу на блоці живлення, доки амперметр не покаже значення . Запиши напругу в протокол. Потім виміряй довжину затиснутого мідного дроту, як показано на рисунку, і запиши також це значення.
- Тепер затисни між затискачами типу "Крокодил" по черзі замість мідного дроту спочатку залізний дріт, а потім константановий дріт і дій так само, як і раніше. Запиши в протокол як значення напруги, так і довжини затиснутих дротів.
- Установити блок живлення на і вимкнути.
Протокол
Завдання 1
Запиши свої виміряні значення в таблицю. Обчисли з пар значень напруги і сили струму значення опору досліджуваних дротів. Для опору дроту діє рівняння . Величину називають питомим опором. Вона є сталою матеріалу. Обчисли питомі опори матеріалів, з яких складаються досліджувані дроти , і внеси результати своїх обчислень в останній стовпчик таблиці.
Мідь: R [Ом]:
Cu
Мідь: I [А]:
Мідь: U [В]:
Мідь: l [м]:
Матеріал
Залізо: R [Ом]:
Залізо: l [м]:
Залізо: I [А]:
Залізо: U [В]:
Залізо: l [м]:
Мідь
Константан: U [В]:
Константан: I [А]:
Константан: l [м]:
Константан: R [Ом]:
Залізо
Залізо: l [м]:
Константан
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питомий опір додатково залежить від температури, проте зазвичай його подають для . Табличні значення питомих опорів досліджуваних матеріалів для становлять:
Якщо результати твоїх вимірювань відносно сильно відхиляються від них: як пояснити ці відхилення?
Обговорення причини можливих відхилень від табличних значень питомого опору для різних речовин.