Попытайтесь сами повторить открытие Ома, проделав описанный ниже лабораторный опыт с помощью современного оборудования.
Опыт 9. Ток и напряжение. Как зависит напряжение между концами отрезка проволоки, обладающей определенным сопротивлением, от СИЛЫ ТОКА, текущего по ней?
Воспользовавшись в качестве испытуемого объекта куском «проволоки, обладающей сопротивлением»[24], установите, как зависит напряжение между концами проволоки от силы тока, текущего по ней. Составьте схему, которая позволила бы пропускать по проволоке измеренный ток; при этом следует предусмотреть возможность изменения тока в широких пределах. Подключите вольтметр так, чтобы измерять напряжение на отрезке проволоки. Проделайте серию измерений в пределах возможно более широкого диапазона изменения тока. Проанализируйте результаты ваших измерений и попытайтесь найти какое-нибудь соотношение. Кроме того, постройте график для наглядного представления результатов измерений и попытайтесь сделать выводы из этого графика.
Опыт 10 (необязательный). Повторите опыт 9, используя проволоку из какого-нибудь чистого металла, например железа или вольфрама (в вакууме).
Опыт 11 (необязательный). Повторите опыт 9 с лампой накаливания с угольной нитью.
Опыт 12 (необязательный). Повторите опыт 9, воспользовавшись пластинкой из тирита[25]. (Она служит в качестве предохранительного устройства, не давая току возрасти сверх определенной величины.)
Опыт 13. Радиолампа. Повторите опыт 9 с простейшей радиолампой (диодом). Эта лампа состоит из стеклянного баллона, в который впаяны два металлических электрода; внутри баллона создан очень хороший вакуум. Один из электродов — анод, другой — вольфрамовая нить накала, которую можно нагревать, пропуская по ней электрический ток. Исследование вольтамперной характеристики этой лампы не просто познакомит вас с одной деталью радиоприемника. Это начало изучения электронных потоков, электронных пушек, осциллографов, телевизионных трубок и т. д.
Если вы располагаете обычным источником питания, будь то, скажем, 120-вольтовая батарея или генератор, то для изменения напряжения, прикладываемого к нашей двухэлектродной радиолампе, потребуется реостат с огромным сопротивлением, которого может не оказаться. Вместо такого реостата следует воспользоваться остроумной схемой, называемой «делителем напряжения», которая описана ниже.
Фиг. 33. Простейшая радиолампа (диод).
Делитель напряжения
Делитель напряжения предназначен для получения плавно изменяемого напряжения от источника высокого постоянного напряжения. Возьмите реостат (переменное сопротивление), который можно без опасения включить на полное сопротивление в электрическую сеть. Подсоедините крайние точки А и В к источнику питания. Затем зажим испытуемого прибора соедините проводами со скользящим контактом S и одной крайней точкой В. Если скользящий контакт находится вверху, у точки А, то прибор оказывается подключенным к точкам А и В. Какое напряжение приложено в этом случае к прибору?
Если скользящий контакт находится внизу, у точки В, то оба зажима прибора будут подключены к точке В. Какое напряжение приложено к прибору в этом случае? Если скользящий контакт находится посредине между А и В, скажем в точке С, то прибор будет подключен к точкам С и В. Подумайте, какое при этом напряжение будет приложено к прибору. Чтобы проверить свое предположение, проследите за рассуждением, проведенным ниже, а затем составьте схему, используя в качестве вашего прибора вольтметр.
Предположим, что в этой схеме полное напряжение источника питания равно 120 в. Значит, кулон, проходя по сопротивлению от А до В, отдает 120 дж. На полпути в точке С кулону останется отдать только 60 дж. Если кулон станет следовать дальше по оставшемуся участку сопротивления, то он отдаст 60 дж. Если же кулон изберет обходной путь: от точки С через подключенный прибор в В, то он по-прежнему отдаст остальные 60 дж. Поэтому с точки зрения прибора приложенное к нему напряжение равно 60 дж/к, т. е. 60 в. (Это простое рассуждение справедливо в том случае, когда «прибор» обладает высоким сопротивлением и, следовательно, «отвлекает» на себя относительно малый ток. Если сопротивление прибора сравнимо с сопротивлением АВ, то наше рассуждение придется видоизменить. Кроме того, мы должны будем соблюдать осторожность, чтобы не пережечь участок AS.)
24
Всякая проволока обладает сопротивлением. Выражение «проволока, обладающая сопротивлением», вводит в заблуждение. Однако у тонкой проволоки и проволоки, изготовленной из специальных сплавов, сопротивление настолько превышает сопротивление толстой медной проволоки одинаковой с ней длины, что употребление этого выражения оказывается уместным, ибо оно подчеркивает контраст. Для этого опыта вам должны дать проволоку из специального сплава, имеющего относительно большое сопротивление и мало меняющего его с изменением температуры. У чистых металлов, таких, как медь, железо и т. д., сопротивление возрастает примерно на 4 % при увеличении температуры на 10 градусов; в то же время у некоторых сплавов сопротивление остается почти постоянным при изменении температуры. Так, у константана, сплава из 60 % меди и 40 % никеля, при возрастании температуры на 10 градусов сопротивление изменяется на 0,05 % или того меньше. Сплав этот дешев и как раз подходит для данного опыта.
25
Керамика на основе карбида кремния с нелинейной зависимостью тока от напряжения. —