大學物理實驗報告

時間：2022-04-30 17:08:29 實驗報告我要投稿

大學物理實驗報告

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大學物理實驗報告

大學物理實驗報告1

　　1、引言

　　熱敏電阻是根據半導體材料的電導率與溫度有很強的依賴關系而制成的一種器件，其電阻溫度系數一般為(-0.003~+0.6)℃-1。因此，熱敏電阻一般可以分為:

　　Ⅰ、負電阻溫度系數(簡稱NTC)的熱敏電阻元件

　　常由一些過渡金屬氧化物(主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物)在一定的燒結條件下形成的半導體金屬氧化物作為基本材料制成的，近年還有單晶半導體等材料制成。國產的主要是指MF91~MF96型半導體熱敏電阻。由于組成這類熱敏電阻的上述過渡金屬氧化物在室溫范圍內基本已全部電離，即載流子濃度基本上與溫度無關，因此這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要考慮遷移率與溫度的關系，隨著溫度的升高，遷移率增加，電阻率下降。大多應用于測溫控溫技術，還可以制成流量計、功率計等。

　　Ⅱ、正電阻溫度系數(簡稱PTC)的熱敏電阻元件

　　常用鈦酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素采用陶瓷工藝，高溫燒制而成。這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要依賴于載流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對可以忽略。載流子數目隨溫度的升高呈指數增加，載流子數目越多，電阻率越小。應用廣泛，除測溫、控溫，在電子線路中作溫度補償外，還制成各類加熱器，如電吹風等。

　　2、實驗裝置及原理

　　【實驗裝置】

　　FQJ-Ⅱ型教學用非平衡直流電橋，FQJ非平衡電橋加熱實驗裝置(加熱爐內置MF51型半導體熱敏電阻(2.7kΩ)以及控溫用的溫度傳感器)，連接線若干。

　　【實驗原理】

　　根據半導體理論，一般半導體材料的電阻率和絕對溫度之間的關系為

　　(1-1)

　　式中a與b對于同一種半導體材料為常量，其數值與材料的物理性質有關。因而熱敏電阻的電阻值可以根據電阻定律寫為

　　(1-2)

　　式中為兩電極間距離，為熱敏電阻的橫截面，。

　　對某一特定電阻而言，與b均為常數，用實驗方法可以測定。為了便于數據處理，將上式兩邊取對數，則有

　　(1-3)

　　上式表明與呈線性關系，在實驗中只要測得各個溫度以及對應的'電阻的值，

　　以為橫坐標，為縱坐標作圖，則得到的圖線應為直線，可用圖解法、計算法或最小二乘法求出參數a、b的值。

　　熱敏電阻的電阻溫度系數下式給出

　　(1-4)

　　從上述方法求得的b值和室溫代入式(1-4)，就可以算出室溫時的電阻溫度系數。

　　熱敏電阻在不同溫度時的電阻值，可由非平衡直流電橋測得。非平衡直流電橋原理圖如右圖所示，B、D之間為一負載電阻，只要測出，就可以得到值。

　　當負載電阻→，即電橋輸出處于開

　　路狀態時，=0，僅有電壓輸出，用表示，當時，電橋輸出=0，即電橋處于平衡狀態。為了測量的準確性，在測量之前，電橋必須預調平衡，這樣可使輸出電壓只與某一臂的電阻變化有關。

　　若R1、R2、R3固定，R4為待測電阻，R4 = RX，則當R4→R4+△R時，因電橋不平衡而產生的電壓輸出為:

　　(1-5)

　　在測量MF51型熱敏電阻時，非平衡直流電橋所采用的是立式電橋，，且，則

　　(1-6)

　　式中R和均為預調平衡后的電阻值，測得電壓輸出后，通過式(1-6)運算可得△R，從而求的=R4+△R。

　　3、熱敏電阻的電阻溫度特性研究

　　根據表一中MF51型半導體熱敏電阻(2.7kΩ)之電阻~溫度特性研究橋式電路，并設計各臂電阻R和的值，以確保電壓輸出不會溢出(本實驗=1000.0Ω，=4323.0Ω)。

　　根據橋式，預調平衡，將"功能轉換"開關旋至"電壓"位置，按下G、B開關，打開實驗加熱裝置升溫，每隔2℃測1個值，并將測量數據列表(表二)。

　　表一MF51型半導體熱敏電阻(2.7kΩ)之電阻～溫度特性

　　溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65

　　電阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

　　表二非平衡電橋電壓輸出形式(立式)測量MF51型熱敏電阻的數據

　　i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

　　溫度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4

　　熱力學T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4

　　0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4

　　0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9

　　4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1

　　根據表二所得的數據作出～圖，如右圖所示。運用最小二乘法計算所得的線性方程為，即MF51型半導體熱敏電阻(2.7kΩ)的電阻～溫度特性的數學表達式為。

　　4、實驗結果誤差

　　通過實驗所得的MF51型半導體熱敏電阻的電阻—溫度特性的數學表達式為。根據所得表達式計算出熱敏電阻的電阻～溫度特性的測量值，與表一所給出的參考值有較好的一致性，如下表所示：

　　表三實驗結果比較

　　溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65

　　參考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

　　測量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823

　　相對誤差% 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00

　　從上述結果來看，基本在實驗誤差范圍之內。但我們可以清楚的發現，隨著溫度的升高，電阻值變小，但是相對誤差卻在變大，這主要是由內熱效應而引起的。

　　5、內熱效應的影響

　　在實驗過程中，由于利用非平衡電橋測量熱敏電阻時總有一定的工作電流通過，熱敏電阻的電阻值大，體積小，熱容量小，因此焦耳熱將迅速使熱敏電阻產生穩定的高于外界溫度的附加內熱溫升，這就是所謂的內熱效應。在準確測量熱敏電阻的溫度特性時，必須考慮內熱效應的影響。本實驗不作進一步的研究和探討。

　　6、實驗小結

　　通過實驗，我們很明顯的可以發現熱敏電阻的阻值對溫度的變化是非常敏感的，而且隨著溫度上升，其電阻值呈指數關系下降。因而可以利用電阻—溫度特性制成各類傳感器，可使微小的溫度變化轉變為電阻的變化形成大的信號輸出，特別適于高精度測量。又由于元件的體積小，形狀和封裝材料選擇性廣，特別適于高溫、高濕、振動及熱沖擊等環境下作溫濕度傳感器，可應用與各種生產作業，開發潛力非常大。

大學物理實驗報告2

　　一、演示目的

　　氣體放電存在多種形式，如電暈放電、電弧放電和火花放電等，通過此演示實驗觀察火花放電的發生過程及條件。

　　二、原理

　　首先讓尖端電極和球型電極與平板電極的距離相等。尖端電極放電，而球型電極未放電。這是由于電荷在導體上的分布與導體的曲率半徑有關。導體上曲率半徑越小的地方電荷積聚越多(尖端電極處)，兩極之間的電場越強，空氣層被擊穿。反之越少(球型電極處)，兩極之間的電場越弱，空氣層未被擊穿。當尖端電極與平板電極之間的距離大于球型電極與平板電極之間的距離時，其間的電場較弱，不能擊穿空氣層。而此時球型電極與平板電極之間的距離最近，放電只能在此處發生。

　　三、裝置

　　一個尖端電極和一個球型電極及平板電極。

　　四、現象演示

　　讓尖端電極和球型電極與平板電極的距離相等。尖端電極放電，而球型電極未放電。接著讓尖端電極與平板電極之間的距離大于球型電極與平板電極之間的距離，放電在球型電極與平板電極之間發生

　　五、討論與思考

　　雷電暴風雨時，最好不要在空曠平坦的田野上行走。為什么?

大學物理實驗報告3

　　實驗目的：

　　通過演示來了解弧光放電的原理

　　實驗原理：

　　給存在一定距離的兩電極之間加上高壓，若兩電極間的電場達到空氣的擊穿電場時，兩電極間的空氣將被擊穿，并產生大規模的放電，形成氣體的弧光放電。

　　雅格布天梯的兩極構成一梯形，下端間距小，因而場強大(因)。其下端的空氣最先被擊穿而放電。由于電弧加熱(空氣的溫度升高，空氣就越易被電離,擊穿場強就下降)，使其上部的空氣也被擊穿，形成不斷放電。結果弧光區逐漸上移，猶如爬梯子一般的壯觀。當升至一定的高度時，由于兩電極間距過大，使極間場強太小不足以擊穿空氣，弧光因而熄滅。

　　簡單操作：

　　打開電源，觀察弧光產生。并觀察現象。(注意弧光的產生、移動、消失)。

　　實驗現象：

　　兩根電極之間的高電壓使極間最狹窄處的電場極度強。巨大的電場力使空氣電離而形成氣體離子導電，同時產生光和熱。熱空氣帶著電弧一起上升，就象圣經中的雅各布(yacob以色列人的祖先)夢中見到的天梯。

　　注意事項：

　　演示器工作一段時間后，進入保護狀態，自動斷電，稍等一段時間，儀器恢復后可繼續演示，

　　實驗拓展：

　　舉例說明電弧放電的應用

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