Номер 3, страница 179, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Задания для проектно-исследовательской деятельности. Глава III. Электрические явления - номер 3, страница 179.

Условие.

3. Изучение зависимости сопротивления термистора от температуры

Цель: изучить зависимость сопротивления термистора от температуры.

Соберите цепь, состоящую из последовательно соединённых источника тока, ключа, лампы накаливания для карманного фонаря, термистора¹ (рис. 3), соединительных проводов.

Рис. 3

Придумайте способ изменения температуры среды, окружающей термистор. По изменению яркости свечения лампы сделайте вывод о характере зависимости сопротивления полупроводникового термистора от температуры.

Решение.

Решение

Для изучения зависимости сопротивления термистора от температуры необходимо выполнить следующие шаги.

1. Сборка электрической цепи

Необходимо собрать электрическую цепь, в которой последовательно соединены: источник тока, ключ, лампа накаливания (от карманного фонаря) и полупроводниковый термистор. При последовательном соединении все элементы цепи включаются в цепь друг за другом, образуя единый неразветвленный контур для электрического тока.

2. Способ изменения температуры термистора

Для изменения температуры среды, окружающей термистор, можно использовать простые и безопасные методы.
Для нагрева: можно зажать термистор между пальцами. Тепло человеческого тела (около 36,6 °C) повысит температуру термистора. Альтернативно, можно поднести к термистору стакан с теплой водой или направить на него поток теплого воздуха от фена.
Для охлаждения: можно подуть на термистор, чтобы он остыл до комнатной температуры, или поднести к нему стакан с холодной водой или льдом.

3. Проведение эксперимента, наблюдение и анализ результатов

Замкнем ключ в собранной цепи. Лампа загорится с некоторой начальной яркостью, соответствующей комнатной температуре.
а) Нагревание. Нагреем термистор одним из предложенных способов. Мы будем наблюдать, что яркость свечения лампы увеличивается.
б) Охлаждение. Теперь дадим термистору остыть или охладим его принудительно. Мы увидим, что яркость свечения лампы уменьшается, возвращаясь к исходному состоянию или становясь еще тусклее при дальнейшем охлаждении.

Объясним наблюдаемые явления с точки зрения физики.
Яркость свечения лампы накаливания зависит от мощности, которая на ней выделяется ($P = I^2 \cdot R_л$), и, следовательно, от силы тока $\text{I}$, протекающего через нее. Чем больше сила тока, тем ярче горит лампа.
Согласно закону Ома для полной цепи, сила тока $\text{I}$ обратно пропорциональна общему сопротивлению цепи $R_{общ}$:
$I = \frac{U}{R_{общ}}$
где $\text{U}$ — напряжение источника тока (которое мы считаем постоянным).
Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений ее элементов: лампы ($R_л$) и термистора ($R_т$). Сопротивлением проводов и ключа можно пренебречь.
$R_{общ} = R_л + R_т$
- При нагревании термистора яркость лампы увеличивается. Это означает, что сила тока $\text{I}$ в цепи возросла. Из формулы закона Ома следует, что при постоянном напряжении $\text{U}$ увеличение тока возможно только при уменьшении общего сопротивления цепи $R_{общ}$. Поскольку сопротивление лампы $R_л$ можно считать условно постоянным, то уменьшение общего сопротивления произошло за счет уменьшения сопротивления термистора $R_т$.
- При охлаждении термистора яркость лампы уменьшается. Это означает, что сила тока $\text{I}$ в цепи стала меньше. Следовательно, общее сопротивление цепи $R_{общ}$ увеличилось, что было вызвано увеличением сопротивления термистора $R_т$.

4. Вывод о характере зависимости

На основании проведенного эксперимента можно сделать вывод, что сопротивление полупроводникового термистора зависит от температуры. Эта зависимость является обратной: при увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается, а при понижении температуры — увеличивается.

Ответ: Сопротивление полупроводникового термистора уменьшается при увеличении его температуры и увеличивается при ее уменьшении. Это наблюдается по изменению яркости лампы в цепи: при нагревании термистора лампа горит ярче (ток в цепи больше, значит, сопротивление меньше), а при охлаждении — тусклее (ток меньше, значит, сопротивление больше).