Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
При вивченні закону Ома учні вже дізналися, що металеві провідники, як правило, мають опір, який змінюється (зростає) з ростом температури.
Вони повинні усвідомити, що резистори з від'ємним температурним коефіцієнтом (NTC) поводяться навпаки. Першу частину експерименту варто виконати не лише для ознайомлення з проблемою. Вона також є корисною для відпрацювання понять внутрішнього нагрівання та зовнішнього нагрівання. Другу частину експерименту слід використовувати як перевірочний експеримент.
Додаткова інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають добре знати закон Ома.
Принцип
Термістор, NTC-резистор або NTC-термістор (термістор з від'ємним температурним коефіцієнтом -англійською мовою ) - це термозалежний резистор, який належить до групи терморезисторів. Його основною характеристикою є від'ємний температурний коефіцієнт, і він проводить електрику краще при високих температурах, ніж при низьких.
Додаткова інформація для вчителів (2/2)
Мета навчання
Під час експерименту учні повинні зрозуміти, як працює NTC-резистор.
Завдання
Дослідіть чи змінюється величина опору NTC-резистора в залежності від температури і якщо так, то як саме.
Інструкції з техніки безпеки
- До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
NTC-резистори також називають термісторами. Вони широко використовуються в техніці вимірювання, контролю та регулювання.
Їх поведінка пояснюється зростанням концентрації вільних носіїв заряду з підвищенням температури. Цей ефект має сильніший вплив, ніж збільшення опору провідності з підвищенням температури, що зумовлено більш сильною взаємодією вільних носіїв заряду з компонентами кристалічної ґратки.
Електронні компоненти
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 1 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 2 |
| 3 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 4 | З'єднувальний, кутовий з роз'ємом, модуль SB | 05601-12 | 2 |
| 5 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 1 |
| 6 | Резистор з від'ємним температурним коефіцієнтом, 1кOм, модуль | 05630-01 | 1 |
| 7 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 8 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 11 | Лампи розжарювання 4 В/ 0,04 A, E10, 10 шт. | 06154-03 | 1 |
| 12 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 2 |
| 13 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка
експеримент частина 1
- Зберіть експериментальну установку як показано на рис. 1 та рис. 2. Виберіть діапазони вимірювання 10 В і 30 мА.
експеримент частина 2
- Замість з`єднувального прямого модуля встановіть модуль з патроном з лампою розжарювання 4 В, як показано на рис. 3 і рис. 4.
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
Виконання роботи (1/3)
експеримент частина 1
- Увімкніть джерело живлення і виміряйте спочатку силу струму при 3 В - . Запишіть значення в протокол.
- Встановіть напругу на блоці живлення на максимальне значення і уважно спостерігайте за показаннями амперметра. Також запишіть спостереження в протокол. Як тільки стрілка амперметра почне відхилятися за межі 30 мА, повторно встановіть напругу трохи нижче, поки сила струму 30 мА не стане постійною.
- Виміряйте необхідну напругу і запишіть її в протокол.
Застереження!Сила струму не повинна перевищувати 30 мА, інакше NTC-резистор може бути пошкоджений.
- Вимкніть блок живлення. Доторкніться до NTC-резистора і виміряйте його температуру. Запишіть спостереження в протокол.
Виконання роботи (2/3)
експеримент частина 2
- Увімкніть джерело живлення і встановіть напругу постійного струму на максимально можливе значення.
- Спостерігайте за лампочкою та амперметром. Виміряйте максимальне значення сили струму і необхідну напругу на NTC-резисторі.
- Запишіть результати вимірювань і спостережень у протокол.
- Нагрійте NTC-резистор полум'ям сірника, як показано на рис. 5.
Рис. 5
Виконання роботи (3/3)
Застереження.Сірник потрібно тримати так, щоб полум'я було поруч з резистором і на відстані не менше 5 мм від нього; занадто сильне нагрівання може зруйнувати резистор. Також важливо стежити, щоб сила струму не перевищувала 30 мА!
- Прибравши полум'я сірника, продовжуйте спостерігати за амперметром. Знову торкніться NTC-резистора, щоб він швидше охолов.
- Запишіть спостереження в протокол.
- Вимкніть джерело живлення.
Протокол
Спостереження (1/2)
Запишіть свої спостереження та вимірювання для частини 1 експерименту: a) Сила струму при U = 3 В-, б) Спостереження за амперметром, коли напруга встановлена на максимальне значення, в) Необхідна напруга при I = 30 мА, d) Температура NTC-резистора.
Спостереження (2/2)
Запишіть свої спостереження та вимірювання для частини 2 експерименту: a) I_{max} і необхідну для цього напругу U_{max} б) Спостереження при встановленні максимального струму, в) Спостереження при нагріванні/ охолодженні NTC-резистора.
Завдання (1/3)
Чому сила струму продовжує зростати з першого разу, коли напруга на NTC-резисторі перевищує певне значення?
Завдання (2/3)
Які значення опору компонента на початку (U = 3 В) і в кінці частини1 експерименту?
Завдання (3/3)
Чому в частині 2 експерименту сила струму не продовжує зростати після досягнення певного значення, коли до NTC-резистора не підводиться тепло ззовні?