В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

В настоящее время очень широкое распространение получили полупроводниковые термометры, у которых температурный коэффициент сопротивления в 10–20 раз больше, чем у проволочных термометров.

Если сопротивление проводника при температуре t 1равно R1, а при температуре t 2равно R2, то среднее значение температурного коэффициента сопротивления (в интервале от 0 до 100 °C):

α ср = ( R t— R 0)/ R 0( t— t 0). (2.5)

Обычно в качестве R 0принимают сопротивление при температуре t 0= 0 °C.

• Решим пример . Сопротивление нити накала выключенной электрической лампочки накаливания с вольфрамовой нитью равно 60 Ом. При полном накале сопротивление лампочки возрастает до 636 Ом. Какова температура накаленной нити?

Воспользуемся таблицей ПЗ Приложения для нахождения α ср. Так как t 0= 0 °C, то формула (2.5) запишется так:

α ср = ( R t— R 0)/ R 0∙ t(2.5, а )

откуда t= ( R t— R 0)/ R 0∙ α ср.

При изменении температуры в больших пределах сопротивление некоторых металлов также изменяется в больших пределах и нелинейно. На рис. 2.16, б изображена нелинейная вольт-амперная характеристика нити накала лампы накаливания.

Рис. 2.16. б ) Из вольт-амперной характеристики нити накала лампы видно, что сопротивление нити накала зависит от напряжения (а, следовательно, от температуры) нелинейно. Среднее значение ТКС ( α ср) этого не учитывает.

При очень низких температурах, начиная с некоторой «критической», сопротивление многих металлов внезапно, скачком, падает до нуля. Это явление было открыто в 1911 г. нидерландским физиком X. Камерлинг-Оннесом и получило название сверхпроводимости. Критическая температура, при которой наступает сверхпроводимость, различна у разных металлов: у свинца она равна 7,3 К (около —266 °C формулу:

Т(К) = 273 + t(°С). (2.6)

Постарайтесь запомнить эту формулу, так как в справочниках по полупроводниковым приборам (диодам, транзисторам и т. д.), которыми вы будете пользоваться, температура, как правило, выражена в Кельвинах.

Камерлинг-Оннес (1853–1926 г.г.) сделал свинцовое кольцо и охладил его до сверхпроводящего состояния (-266 °C)

Лучший способ изучения закономерностей в цепи постоянного тока — это провести все измерения самостоятельно. Предполагается, что у вас дома имеется ампервольтомметр (авометр), прибор для измерения силы тока, напряжения и сопротивления резисторов, и Вы все опыты будете проводить дома. Прежде чем приступать к измерениям, вы должны внимательно изучить техническое описание авометра, чтобы научиться им пользоваться. Только после этого можете приступить к проведению опытов.

Задание первое. Приготовьте батарею 3336Л, либо «Крону» и два резистора: R1 = 100 Ом и R2 = 150 Ом. Если таких резисторов нет, возьмите другие, по номиналам близкие к этим. Соберите схему, изображенную на рис. 2.17, а ; на этой схеме в качестве амперметра постоянного тока использован авометр. Чтобы выбрать верхний предел измерения авометра, воспользуйтесь законом Ома:

I= U/( R1+ R2).

Для нашего случая I = 4,5/(100 + 150) = 4,5/250 = 0,018 А = 18 мА. Значит, верхний предел измерения тока не должен быть меньше 18 мА. Предел измерения следует выбирать таким образом, чтобы стрелка прибора при измерении находилась во второй половине шкалы, в этом случае относительная погрешность измерения наименьшая. Снимите показания прибора. Затем отключите батарею и включите прибор между резисторами R1 и R2 (рис. 2.17, б ), зафиксируйте его показания: миллиамперметр должен показывать такое же значение тока, что и в первом случае. Затем подключите прибор между положительным зажимом батареи и резистором R1 (рис. 2.17, в ). Не забудьте отключать батарею на время переключения прибора .

Рис. 2.17. Из которого можно сделать вывод, что при последовательном соединении резисторов сила тока в электрической цепи одинаковая

Включите батарею и снова зафиксируйте показания прибора: его показания совпадут с двумя предыдущими. Из этих измерений следует вывод : при последовательном соединении элементов через них протекает одна и та же сила тока:

I1= I2= I3= I. (2.7)

При изучении закона Ома мы получили формулу (2.3), которой сейчас воспользуемся для определения общего сопротивления R цепи:

R= U/ I= 4,5/0,018 = 250 Ом.

Отсюда следует, что R 0= R1+ R2. (2. 8)

Сделаем вывод: при последовательном соединении сопротивлений общее сопротивление цепи равно сумме этих сопротивлений. Это будет также справедливо, если последовательно включить любое количество резисторов.

А теперь подготовьте прибор для измерения напряжения постоянного тока. — Верхний предел измерения выберите равным 2,5 или 5 В, замерьте падение напряжения на резисторе R1 (рис. 2.18, а ).

Вольтметр «покажет» напряжение 1,8 В. Затем подключите вольтметр к резистору R2 (рис. 2.18, б ) и снимите его показания, — вольтметр покажет 2,7 В. Во время проведения опыта вы снимете показания, несколько отличающиеся от приведенных, не огорчайтесь, это закономерно, ведь при измерениях имеют место погрешности измерения.

Если вы теперь сложите оба показания вольтметра: (1,8 + 2,7) В = 4,5 В, то увидите, что сумма напряжений на резисторах равна напряжению на зажимах батареи. Отсюда вывод : при последовательном соединении резисторов сумма падения напряжений на них равна напряжению на зажимах источника.

U 1+ U 2= U. (2.9)

Рис. 2.18. Из которого можно сделать вывод:

1) что напряжение на резисторах, соединенных последовательно, прямо пропорционально сопротивлению резисторов;

2) что сумма напряжения на всех резисторах цепи равна напряжению на зажимах источника питания;

3) что общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех резисторов цепи

А можно определить напряжение на резисторах, не пользуясь вольтметром? Можно, для чего следует воспользоваться законом Ома:

U1= I∙ R1= [ U/( R1+ R2)]∙ R1,