1.1 Измерьте зависимость сопротивления терморезистора от температуры. Постройте график полученной зависимости. Для ускорения процесса измерений вы можете смешивать холодную горячую воду.

Физическая подсказка.

Ознакомьтесь с краткой выдержкой из книги

Мэклин Э. Д.

М15 Терморезисторы: Пер. с англ./Под общей редакцией К. И. Мартюшова. — М.: Радио и связь, 1983. — 208 с., ил.

95 к.

Чтобы электрон мог преодолеть воздействие положительного заряда, окружающего ион, например , он должен обладать определенной минимальной энергией Общее число электронов, участвующих в проводимости, будет зависеть от числа имеющихся электронов, энергия которых превышает некоторую минимальную энергию переноса. Так как энергия электронов прежде всего определяется температурой материала, то энергия, а также число свободных электронов возрастают с ростом температуры. Эта минимальная энергия переноса называется энергией активации процесса прыжковой проводимости, и электропроводность находится из уравнения

где — проводимость при , которая определяется полным числом электронов, способных участвовать в процессе проводимости.

В приведенной формуле (1.1) - энергия активации, - абсолютная температура, - постоянная Больцмана.

1.2 Используя эту цитату, покажите, что приведенная формула применима к выданному вам терморезистору².

1.3 Рассчитайте энергию активации (в электрон-вольтах) электронов терморезистора. Не забудьте про оценку погрешности. Заряд электрона .

² Если вас сильно испугала эта цитата, и вы страшно боитесь экспоненциальной функции, то п.1.2 и 1.3 лучше пропустите, приступайте к выполнению Части 2. Результаты то п.1.2 и 1.3 в ней не используются.

Математическая подсказка.
В физике широко используется экспоненциальная функция - обычная показательная функция, основанием которой служит число (не путайте с зарядом электрона)
Обратной к ней является логарифмическая функция . Причем . Кроме того, логарифм произведения равен сумме логарифмов . Наконец, у вас есть калькулятор для расчета этих функций!

2.1 В сосуд залейте 80 мл горячей воды. Измерьте зависимость температуры воды от времени в процессе остывания в диапазоне температур от C до C. Постройте график полученной зависимости.

Методическая подсказка.
Процесс измерения удобно проводить следующим образом. Заранее приготовить таблицу, в первую колонку которой следует занести значения температур (в этом пункте достаточно с интервалом в C). Во вторую колонку следует занести соответствующие значения сопротивлений терморезистора, используя свои результаты первой части. Затем в сосуд залить горячую воду, когда ее температура опустится до C, пустить секундомер, далее в процессе остывания фиксировать времена, когда температура достигает очередного фиксируемого значения (можно использовать память секундомера)

2.2 Мощность теплоотдачи в окружающую среду, можно считать линейной функцией от температуры воды

Здесь - количество теплоты, отданное водой за малый промежуток времени , - коэффициент теплоотдачи, - некоторый постоянный параметр.
Используя результаты измерений в п.2.1 постройте график зависимости мощности теплоотдачи от температуры воды. Определите средние значения коэффициента теплоотдачи и параметра .

Подсказка. В при изменении температуры на C можно пренебречь изменением мощности теплоотдачи. Удельная теплоемкость воды .

2.3 Измерьте процесс остывания воды, в который опущен алюминиевый цилиндр, изначально находящийся при комнатной температуре. Для этого в сосуд залейте 60 мл горячей воды, когда ее температура опустится до C опустите в нее цилиндр (при

³ Во избежание путаницы в данной работе температуры обозначаются буквой , а времена - .
Когда цилиндр погрузится в воду, суммарный объем станет равным 80 мл, поэтому можно считать, что найденные параметры зависимости (2) останутся прежними.

комнатной температуре) и одновременно пустите секундомер. Постройте график зависимости температуры воды в диапазоне от до от времени в этом случае (на том же бланке, что и график в п.2.1)

2.4 В каждом из интервалов температур рассчитайте (не забудьте привести расчетные формулы):
- количество теплоты, отданное водой;
- количество теплоты, отданное в окружающую среду;
- количество теплоты, полученной цилиндром (эти величины могут быть отрицательными).

Для расчета величин предпочтительнее использовать формулу (2) и найденное среднее значение коэффициента теплоотдачи.

2.5 Постройте график зависимости теплоты , полученной цилиндром от температуры воды. Качественно объясните полученную зависимость.

2.6 Используя полученные данные, оцените теплоемкость цилиндра.
Оценивать погрешность в данном пункте не требуется.