Физическая викторина. Электричество и магнетизм. Электрический ток в полупроводниках
* Задачи, не требующие для решения эксперимента, отмечены звездочкой. Решая такие задачи, можно использовать рисунки (если они есть в задании), выводя их на экран.
1. Показать электрическую цепь (рис.), в которую последовательно включены: кусок антрацита, зажатый между двумя латунными пластинками, электролампа с отпиленным баллоном, гальванометр, реостат и аккумулятор. Подобрать напряжение питания так, чтобы стрелка гальванометра отклонялась на 3—4 деления. Нагреть пламенем спиртовки сначала вольфрамовую нить лампы, затем антрацит. В первом случае отклонение стрелки гальванометра уменьшится, во втором — увеличится. Объяснить явление.
2. Продемонстрировать прибор, представляющий собой широкогорлую колбу, закрытую резиновой пробкой (рис.). В верхней части колбы находится спираль сопротивлением 2—3 Ом, в нижней — достаточно чувствительное термосопротивление.
Спираль присоединена к батарее аккумуляторов на 6 В, а термосопротивление (термистор) через гальванометр и реостат — к батарее элементов или аккумуляторов напряжением 3—4 В.
При замыкании ключа стрелка гальванометра отклоняется на 1—2 деления. Перевернуть колбу вверх дном — угол отклонения стрелки гальванометра увеличивается. Объяснить явление.
3. Продемонстрировать установку, изображенную на рисунке, представляющую собой воздушный колокол, под которым укреплен термистор.
Полюсы термистора присоединить с помощью потенциометра к источнику тока напряжением 3—4 В. При замыкании ключа стрелка гальванометра отклоняется. Из-под колокола насосом Комовского откачать воздух — угол отклонения стрелки гальванометра уменьшается. Впустить под колокол воздух — угол отклонения стрелки увеличивается. Объяснить явление.
4*. В электротехнике встречается много схем, в которых лампы накаливания включают последовательно, например в сигнализации. В таких цепях при перегорании одной из ламп не горят и все остальные.
Чтобы при неисправности одной лампы остальные продолжали гореть, параллельно им включают термосопротивления (рис.). Объяснить действие этой схемы.
Ответы
1. Сопротивление проводников (вольфрамовая нить) при нагревании возрастает, а полупроводников (антрацит) уменьшается. Вместо антрацита можно взять халькопирит, магнитный железняк или карборунд.
2. Электрический ток нагревает спираль; теплота через воздух передается термистору, вследствие этого его сопротивление уменьшается, а ток в цепи гальванометра увеличивается.
При переворачивании колбы термистор попадает в область более высокой температуры, так как наиболее горячий воздух всегда находится в верху колбы. Поэтому термистор нагревается еще больше и угол отклонения стрелки гальванометра увеличивается.
3. При разрежении воздуха он охлаждается, вследствие чего температура термистора понижается, его сопротивление увеличивается и сила тока в цепи гальванометра уменьшается.
Уплотнение воздуха нагревает его. При этом температура термистора повышается, его сопротивление уменьшается, а сила тока в цепи гальванометра увеличивается.
4. Если одна лампа, например Л3, перегорит, то сопротивление всей цепи увеличится, ток уменьшится и накал всех ламп уменьшится. Сопротивление участка ab увеличится, поэтому напряжение на этом участке тоже увеличится. Через термосопротивление ТC3 пойдет большой ток, оно начнет нагреваться, электропроводность его постепенно увеличится, ток в цепи достигнет своего прежнего значения и накал ламп восстановится.