Лабораторні роботи з фізики (стр. 3 из 3)

Якщо інтервал зміни температури невеликий, то температурний коефіцієнт можна вважати сталим. Оскільки він не змінюється, то графічна залежність R(t) має вигляд прямої:

Малюнок 1 – Графік залежності опору металевого провідника від температури.

Зміну опору металевого провідника з підвищенням температури треба враховувати при створенні нагрівальних пристроїв.

Якщо замкнути коло, то при початковій температурі t0, що дорівнює температурі навколишнього середовища, за законом Ома для ділянки кола опір обчислюється за формулою 2:

, (2)

де R0 – опір зовнішньої ділянки при температурі t0, Ом;

U0 – напруга при температурі t0, В;

I0 – сила струму при температурі t0, А;

При температурі t опір мідного провідника буде:

, (3)

де R – опір зовнішньої ділянки при температурі t, Ом;

U – напруга при температурі t, В;

I – сила струму при температурі t, А.

З формули 1 визначаємо температурний коефіцієнт опору металу:

, (4)

Порядок виконання роботи

Накресліть електросхему, що зображена на малюнку 2 та складіть її:

Малюнок 2 – Схема електричного кола

Перевірити надійність електричних контактів, правильність вмикання амперметра і вольтметра;

Визначити ціну поділки амперметра, вольтметра та термометра;

Виміряти температуру повітря - t˚0. Замкнути коло, виміряти силу струму у цепі і напругу на кінцях мідного провідника;

Занурити прилад з мідним провідником у посудину з гарячою водою. Через декілька секунд, після теплової рівноваги, виміряти температуру води у посудині, напругу і силу струму;

Дослід повторити три рази;

Результати вимірювань записати у таблицю 1;

Таблиця 1 – Результати вимірювань та обчислень

№

t0,0С

U0, B

I0, A

t,0С

U, B

I, A

α, 0С-1

<α>, 0С-1

, (6)

де <α> - це середнє значення температурного коефіцієнта опору міді (Cu);

Порівняти <α> з табличним значенням αтабл довідника.

(Використовуйте таблицю температурного коефіцієнту опору різних речовин, наприклад, у довіднику з фізики А.С. Єхоновича, 1990 року видання на сторінці 176). αтабл (Cu) = 0,0043 0С - 1.

Результати записати у вигляді:

, (7)

де

=αтабл - <α>

Контрольні запитання

Чому зі зміною температури змінюється опір провідника?

На скільки градусів ∆t нагріли мідний провідник, якщо його опір збільшився удвічі? (Використовуйте формулу 1 та співвідношення R = 2R0)

Поясніть, чому з підвищенням температури металевого провідника при постійній напрузі його потужність зменшується.

Чи буде залишатися постійною підіймальна сила електромагніта, якщо він працює дуже довго без перерви? Чому?

З якого матеріалу повинен бути виготовлений провідник, щоб він був найменш чутливим до зміни температури? (Використовуйте таблицю температурного коефіцієнту опору різних речовин, наприклад, у збірнику задач і запитань Р.А. Гладковой, 1988 року видання на сторінці 381)

Висновки

Оформлення звіту

Лабораторна робота № 10 (2 години)

Тема: Визначення заряду електрона

1. Мета роботи: навчитися застосовувати закон Фарадея для визначення елементарного електричного заряду.

2. Прилади і обладнання:

Електрична ванна з водним розчином сульфату міді (Cu2S);

Мідні електроди – 2 шт.;

Джерело постійного струму на 1-2 А;

Терези з важками;

Реостат з ковзним контактом;

Наждачний і фільтрувальний папір;

Вмикач;

Сушильна камера (електроплитка);

З’єднувальні провідники - 5 шт.;

Загальні теоретичні положення

Електричний струм у електролітах (розчинах солей, кислот у воді, …) – це впорядкований рух позитивних і негативних іонів під дією електричного поля. Іони, що є у електроліті, – це вільні заряджені частинки, які утворюються при дисоціації (розпаду на частини) молекул цього розчину.

Металеві провідники, що занурені у електроліт називають електродами. Електрод, на який від джерела струму подається негативний потенціал, називається катодом, а якщо подається позитивний потенціал – анодом.

Коли є електричний струм у електроліті, позитивні іони (катіони) рухаються до негативного електрода (катода), а негативні іони (аніони) – до позитивного електрода (анода).

Проходження електричного струму через електроліти, яке супроводжується хімічним перетворенням речовини і виділенням його на електродах, називається електролізом.

При доторканні одного іона до електрода передається заряд (n·e) між іоном і електродом, іон перетворюється на нейтральний атом масою (m0), який потім осідає на електроді. Отже, при проходженні через розчин заряду (q), на електроді осідають атоми, загальною масою (m). Маємо звичайну пропорцію, яку поступово модернізуємо:

(1)

Згідно до закону Фарадея для електролізу:

, (2)

де m – маса речовини, що виділилася при електролізі на катоді, кг;

М – молярна маса міді (Cu), кг/моль;

q – заряд, Кл;

n– валентність міді (Cu);

e – заряд електрона, eтабл. = 1,6022·10 - 19 Кл;

Na – стала Авогадро, Na = 6,022 · 1023 моль-1;

m1 – маса електрода до електролізу, кг;

m2 – маса електрода після електролізу, кг.

Щоб визначити масу міді, яка виділилася на катоді при електролізі, його зважують до і після виконання досліду (відповідно m1 і m2). Тому m = m2 - m1 і формула для визначення заряду електрона матиме вигляд:

(3)

Порядок виконання роботи

4.1. Зважте мідний катод (m1), заздалегідь зробивши на його верхній частині позначку, щоб надалі не переплутати його з мідним анодом.

Укріпити електроди в тримачі і не вставляючи електроди в ванну з розчином, складіть електричне коло (згідно з малюнком 1). Перевірте надійність електричних контактів, правильність підключення амперметра.

Малюнок 1 – Електросхема дослідної установки

Опустіть електроди в ванну з розчином, замкніть коло, встановіть за допомогою реостату силу струму у колі не більше 1 А. Запишіть початковий час. Процес електролізу має тривати 15-20 хвилин, при цьому силу струму в колі підтримуйте незмінною (за допомогою реостату).

Після завершення досліду розімкніть коло, вийміть мідний катод, обережно промийте його проточною водою, висушить (спочатку за допомогою фільтрованого паперу, а потім у сушильній камері або над електроплиткою) і зважте його, отримав значення (m2).

Обчисліть значення заряду електрону за формулою 2, максимальні абсолютні і відносні похибки вимірювання маси; обчисліть максимальні похибки (відносну і абсолютну) вимірювання значення електрона.

Порівняйте дослідне значення електрона (e) з табличним (eтабл). Визначте абсолютну і відносну різниці між їх значеннями, які обумовлені загальними факторами, за формулами:

(3)

(4)

Контрольні запитання

Яку з величин у даній роботі слід вимірювати з найбільшою точністю, щоб дістати точніше значення електрона?

Чому при проходженні струму через електроліт є перенос речовини, а при проходженні у металевому провіднику немає?

Як зміниться маса речовини, що виділяється на електроді, якщо силу струму та час проходження струму збільшити у два рази?

Чому сила струму змінюється при електролізі, якщо її не регулювати реостатом?

Дайте визначення аноду, катоду, аніонам, катіонам.

Що називають дисоціацією, рекомбінацією?

Для захисту морських кораблів від корозії застосовують метод протекторів: на сталевій поверхні корпуса в різних місцях закріплюють листи цинку. Чому в цьому випадку корпус менше зазнає корозії?

Чому електрохімічний еквівалент двохвалентного і тривалентного нікелю різний?

Напишіть реакції, які відбуваються на катоді і аноді, при доторканні до них іонів з розчину мідного купоросу (Cu2S) у воді.

Який розчин потрібно залити у електролітичну ванну, щоб мідний анод розчинявся при електролізі? Яке має практичне значення розчинення аноду для отримання кольорового металу? Чи буде при цьому зростати маса мідного катоду?

Висновки

Оформлення звіту