周昊
【摘要】金屬的電阻率越低則其導(dǎo)電性能越好,常態(tài)下導(dǎo)電性能最好的金屬依次是銀、銅、鋁,因此在各類導(dǎo)電產(chǎn)品中,而這三種金屬的應(yīng)用最多。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)電阻定律公式,測(cè)量出金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度L和它的直徑d,計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積S,并用伏安法測(cè)出金屬導(dǎo)線的電阻R,計(jì)算出銅與鋁鐵兩種金屬導(dǎo)線的電阻率。
【關(guān)鍵詞】金屬電阻率;導(dǎo)電性能
電阻率用以表示各種物質(zhì)電阻特性,電阻率越低則表示導(dǎo)電性能越佳。電阻率與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積等因素?zé)o關(guān),是導(dǎo)體材料本身的電學(xué)性質(zhì),本質(zhì)上由導(dǎo)體的材料決定,且受到溫度的影響。在一定溫度下,有如下計(jì)算公式:
上式成為電阻定律公式,其中,p為電阻率,L為材料的長(zhǎng)度,S為導(dǎo)體橫街面積??梢钥闯觯牧系碾娮璐笮∨c材料的長(zhǎng)度成正比,即在材料和橫截面積不變時(shí),長(zhǎng)度越長(zhǎng),材料電阻越大:而與材料橫截面積成反比,即在材料和長(zhǎng)度不變時(shí),橫截面積越大,電阻越小。
一、實(shí)驗(yàn)部分
(一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度L及其直徑d,計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積S,并利用伏安法測(cè)出金屬導(dǎo)線的電阻R,再根據(jù)電阻定律公式計(jì)算出金屬導(dǎo)線的電阻率,從而探究銅、鋁、鐵三種金屬的導(dǎo)電能力。
(二)實(shí)驗(yàn)原理
根據(jù)電阻定律公式(如下),只需要測(cè)量出金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度L及其直徑d,從而計(jì)算出導(dǎo)線的橫截面積S,并用伏安法測(cè)出金屬導(dǎo)線的電阻R,即可計(jì)算出銅、鋁、鐵三種金屬導(dǎo)線的電阻率。
(三)實(shí)驗(yàn)材料
刻度尺、螺旋測(cè)微器、直流電流表和直流電壓表、滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0—50 n)、電池組、開(kāi)關(guān)、被測(cè)金屬絲和導(dǎo)線。
(四)實(shí)驗(yàn)方法
1.用螺旋測(cè)微器在銅導(dǎo)線的三個(gè)不同位置上各測(cè)一次,取直徑d的平均值并計(jì)算橫街面積S=πR2。
2.將銅絲兩端固定在接線柱上懸空掛直,用最小刻度為毫米的米尺測(cè)量接入電路的銅絲長(zhǎng)度Ln(即有效長(zhǎng)度),反復(fù)測(cè)三次,求出平均值L。
3.依照下圖所示的電路圖用導(dǎo)線把器材連好,并把滑動(dòng)變阻器的阻值調(diào)至最大。
4.電路經(jīng)檢查無(wú)誤后,閉合開(kāi)關(guān)S,改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的位置,讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值,進(jìn)行記錄,斷開(kāi)開(kāi)關(guān)s,求出電阻R的平均值。
5.將測(cè)得的R、L、s的值代入電阻定律公式中,計(jì)算出銅線的電阻率。
6.重復(fù)以上步驟測(cè)定鋁絲的電阻率。
(五)數(shù)據(jù)記錄與處理
1.測(cè)金屬導(dǎo)線長(zhǎng)度L
2.測(cè)金屬導(dǎo)線直徑d并計(jì)算橫截面積S
3.測(cè)金屬導(dǎo)線電阻R( R=U/I)
4.計(jì)算金屬導(dǎo)線電阻率
根據(jù)上面三個(gè)表得到的長(zhǎng)度L.橫截面積S和電阻R,帶入電阻定律公式變形式(如下)進(jìn)行計(jì)算,得到所測(cè)金屬材料的電阻率。
二、結(jié)語(yǔ)
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果:銅的電阻率為1.7×l0 -8 Ω.m,鋁的電阻率為2.9×lO -8 Ω.m,由于銀的成本比較高,因此沒(méi)有對(duì)銀進(jìn)行測(cè)量,而資料顯示銀的電阻率為1.6×l0 -8 Ω.m,也就是說(shuō)銀、銅、鋁三種金屬的電阻率是最小的,這意味三者的導(dǎo)電性能較好,所以在各類導(dǎo)電產(chǎn)品中,這三種金屬的應(yīng)用最多。銀的價(jià)格偏貴,因此銅用的最為廣,幾乎所有應(yīng)用的導(dǎo)線都是用銅制作的(精密儀器、特殊場(chǎng)合除外)。而鋁的密度小,成本比銅更低,所以廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中傳輸電力的架空輸電線路。銀導(dǎo)電性能最好,但由于成本較高,只有在高要求場(chǎng)合才被使用,比如精密儀器、高頻震蕩器、航天設(shè)備等。
參考文獻(xiàn)
[1]萬(wàn)欣,崔敏.金屬電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與研究[J].物理實(shí)驗(yàn),2013(2):34-36.