Сопротивление проводника - ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Цель: определить, от каких параметров зависит сопротивление проводника. Рассказать о сверхпроводимости.

Ход урока

I. Повторение изученного

1. Почему проводник, по которому идет ток, нагревается?

2. От чего зависит электрическое сопротивление проводника?

3. Сформулируйте закон Джоуля - Ленца.

II. Лабораторная работа «Определение теплоемкости твердого тела» (электрическим методом)

Ход работы

1. Возьмите твердое тело цилиндрической формы и определите его массу на рычажных весах.

2. Поместите его в войлочный чехол, и установите иммерсионный нагреватель и термометр.

3. Замкните цепь и при помощи реостата добейтесь подходящего значения силы тока и напряжения.

4. Отмерьте температуру, включите секундомер и замкните цепь ключом.

5. Когда произойдет заметное повышение температуры, отметьте время и наивысшую температуру.

Q = mсΔt

Q = IU

mсΔt = IU

6. Сделайте вывод.

III. Изучение нового материала

Сопротивление металлов связано с тем, что электроны движутся в проводнике, взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и теряют часть своей энергии, которую они приобретают в электрическом поле, т. к. масса и заряд электрона постоянны, концентрация электронов проводимости в металлах практически не зависит от внешних воздействий, число ударений электронов с ионами зависит от температуры, поэтому удельное сопротивление металлов должно зависеть от температуры.

Опыт

В цепь, содержащую батарею аккумуляторов, стальную спираль, последовательно включили лампу. Нагревая спираль при помощи горелки, увидим, что яркость лампы уменьшилась. Уменьшилась сила тока, увеличилось сопротивление.

Заменим стальной проводник на другой. При повышении температуры сопротивление металлов увеличивается приблизительно пропорционально их абсолютной температуре.

Это не единственная трудность классической теории проводимости металлов. Эта и другие противоречия разрешила только квантовая физика.

В начале XX века голландский ученый Г. Камеринг - Омнес превратил в жидкое состояние гелий. Температура кипения жидкого гелия 4,12 К.

Исследуя сопротивление ртути, он обнаружил, что при 4,12 К сопротивление упало до нуля.

Это явление потери металлом электрического сопротивления при определенной температуре получило название сверхпроводимость. Интерес к явлению возрастал по мере обнаружения материалов, у которых сверхпроводимость наступает при более высокой температуре.

1987 году стали известны материалы, обладающие сверхпроводимостью около 100 К. Исследования в этой области ведутся очень интенсивно, теоретически предсказана возможность получения сверхпроводящих материалов при комнатной температуре, интересно, что такими материалами является простая керамика. В настоящее время научились получать сверхпроводящие пластины и проволоку из этого хрупкого материала.

Вопросы для повторения

1. В чем причина зависимости сопротивления проводников от температуры?

2. При включении электронной лампы сила тока в первый момент значительно отличается от силы тока в лампе, когда она начинает светить. Почему?

3. В чем состоит явление сверхпроводимости?

IV. Решение задач

1. Электронное сопротивление вольфрамовой нити электрической лампы при температуре 23 °С равно 4 Ом. Найдите электрическое сопротивление нити при 0° С. б = 4,8 · 10^-3 К^-1. (Ответ: 3,6 Ом.)

2. Электрическое сопротивление вольфрамовой нити при 0 °С равно 3,6 Ом. Найдите электрическое сопротивление при температуре 2700 К. (Ответ: 45,5 Ом.)

3. Электрическое сопротивление проволоки при 20 °С равно 25 Ом при температуре 60 °С равно 20 Ом. Найдите температурный коэффициент электрического сопротивления. (Ответ: - 4,5 · 10^-3 К^-1.)

4. Каков температурный коэффициент электрического сопротивления материала проводника, если при нагревании от 0 °С до 100 °С его электрическое сопротивление увеличилось на 0,1 %? (Ответ: 10^-5 К^-1.)

Домашнее задание

П. 113, 114.