Resistansen i en tråd

Transkript

1 Resistansen i en tråd Inledning Varför finns det trådar av koppar inuti sladdar? Går det inte lika bra med någon annan tråd? Bakgrund Resistans är detsamma som motstånd och alla material har resistans, stor eller liten. I ett material som har en hög resistans kommer det inte att gå någon ström alls eller en mycket svag ström medan det i ett material med liten resistans kommer att gå en stark ström. Isolatorer kallas material som har hög resistans, till exempel porslin, plast och trä är bra isolatorer. I de materialen är det svårt för elektronerna att ta sig fram och det kommer inte att uppstå någon ström. Dessa material utnyttjas för sin egenskap att inte leda ström, för att förhindra att olyckor med elektricitet sker. De används i bland annat stickkontakter och höljen kring elektriska apparater, helt enkelt på ställen där man vill vara säker på att det inte går någon ström. I exempelvis sladdar behöver strömmen vara stark och där används material med låg resistans så att elektronerna har lätt att komma fram. Alla metaller är goda ledare och koppar används i sladdar men silver är en ännu bättre ledare men för dyr att använda i sladdar. Om man i en ledare av koppar höjer temperaturen kommer resistansen att öka med temperaturen så ju högre temperaturen är desto högre blir resistansen. En varm ledare är alltså en sämre ledare än en kall. I en isolator är det tvärtom, ju högre temperaturen är desto mindre blir resistansen. Ett material som leder ström dåligt kan alltså fås att leda bättre genom att temperaturen höjs. Det är inte bara temperaturen som har betydelse för ett materials ledande förmåga, även tjockleken på det och dess längd är av betydelse. När man jämför olika långa trådar av samma material ser man att de kortare trådarna leder ström bättre än de längre och det beror på att elektronerna får transporteras längre sträcka i en lång tråd. Är tråden tjock leder den ström bättre än om den är smal så en kort och tjock ledare leder ström bättre än en lång och smal. Valet av material, längd och tjocklek kan utnyttjas för att få önskad resistans i en krets. Syfte med experimentet Att förstå att olika material leder ström olika bra och att materialets längd och temperatur också har betydelse.

2 Begrepp att diskutera Resistans, motstånd, ström, ohm, ampère, ledare, isolator, metall, legering. Experimentet Experimentet går ut på att jämföra resistansen hos två metaller, koppar och en kromnickellegering, samt att jämföra vilken betydelse materialets längd och tjocklek har för förmågan att leda ström. Utrustning 50 cm CrNi-tråd (0,4 och 0,2 mm), 50 cm Cu-tråd (0,4 och 0,2mm). Kortare koppartråd ger för hög ström genom instrumentet (tål max 1,0 A), mätinstrumentet för ström och spänning, AirLink, 1,5 V batteri, två krokodilklämmor och tre sladdar. Utförande A. Experiment med ledare av olika material 1. Koppla en AirLink till ström/spänningssensorn. 2. Tryck på Bygg i Sparkvue och välj att visa data i tre displayer; Diagram, siffror och textruta. I diagrammet väljer du ström på y-axeln. Temperaturen anges som siffror och i textrutan beskriver du vilken kurva som hör till vilken tråd. 3. Koppla två sladdar till strömdelen på mätinstrumentet. Sladden från pluspolen kopplar du till batteriets pluspol. Från batteriets minuspol leder du en sladd som du kopplar till respektive metalltråd med en krokodilklämma. Till sist kopplar du in strömsensorns minuspol till tråden med krokodilklämma. 4. Mät strömstyrkan i 30 sekunder genom varje tråd. B. Experiment med temperaturens effekt på resistansen 5. Koppla som i experiment A men använd bara sensorn som mäter strömstyrkan. Använd den tunna CrNi-tråden, 0,2 mm. 6. Välj att visa data i tre displayer; Diagram med kurvan över spänningen, bild över hur du värmer tråden och textruta där du beskriver hur du gjort experimentet. 7. Mät strömstyrkan genom kall tråd och höj successivt temperaturen på tråden genom att värma medan mätningen pågår.

3 material tjocklek längd strömstyrka (A) Ett resultat I det första experimentet mättes även lufttemperaturen och då användes universalinstrumentet med tillhörande temperatursensor. A.

4 I experimentet användes trådar av samma längd för att kunna jämföra hur resistansen varierar med avseende på material och tjocklek. Koppar visade sig vara den bästa ledaren med en strömstyrka av nära 1 A för den tjockare tråden och 0,8 för den tunnare. För CrNi var motsvarande värden på strömstyrkan 0,22 och 0,1. Koppar har låg resistans eftersom elektronerna rör sig med lätthet i materialet. När man jämför lika långa trådar av samma tjocklek men av olika material, Cu och CrNi, finner man att koppar leder ström mycket bättre än CrNi. Hos trådar av samma material men med olika längd och tjocklek leder de korta och tjocka ström bättre än de långa och smala. B. I experimentets andra del värms den smalare CrNi-tråden, 0, 2 mm, med varmluftspistol. CrNi är en relativt dålig ledare för att vara metall. Hos ett material som leder ström bra, en ledare, ökar resistansen med ökande temperatur, medan hos ett material som CrNi minskar resistansen med temperaturen. Strömstyrkan i den tunnare CrNi-tråden var ungefär 0,1 A i rumstemperatur och vid värmning med varmluftspistol steg den till ungefär det dubbla.

5 Kommentar Strömsensorn tål inte högre strömmar än 1,0 A, använd av den anledningen gärna trådar av CrNi. Använd inte alltför korta trådar då strömstyrkan lätt blir för hög, i experiment A. ovan användes trådar av längden 0,5 m eftersom koppar är en väldigt bra ledare. Variation - Mät strömstyrkan genom trådar av olika material. Gör en gradering över hur bra trådarna leder ström. - Undersök hur resistansen ändras hos koppar och andra material när de värms.