ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ

Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Сила тока – физическая величина, показывающая заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени:

.

Один из основных законов цепей постоянного тока - закон Ома для однородного участка цепи: величина тока прямо про­порциональна разности потенциалов (напряжению) на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника:

,

где R - сопротивление, которое, как показал Ом, прямо пропорционально длине про­водника l и обратно пропорционально площади его поперечного сечения S:

,

где коэффициент , зависящий от материала проводника, называют удель­ным сопротивлением. В Международной системе единиц сопротивление измеряется в омах. 1 Ом - это сопротивление проводника, ток в кото­ром равен 1 ампер, если на концах его поддерживается разность потенциалов 1 вольт:

1 Ом = 1 В/1 А.

Электрическое сопротивление проводников зависит от его темпера­туры. У металлов оно возрастает при нагревании проводника, у электролитов уменьшается. В довольно широком интервале температур сопротивле­ние металлических проводников является линейной функцией темпера­туры T:

,

где R₀ - сопротивление при 273 К (0°С), R - сопротивление при температуре T=T₀+DT, a - температурный коэффициент сопротивления.

Возможны три способа соединения проводников:

1) последовательное,

2) параллельное,

3) комбинированное.

При последовательном соединении n проводников сопротивлением R_i каждый общее напряжение, сила тока и сопротивление на участке цепи определяется в виде:

, , I₁=I₂ = …..= I_i= I_n

при параллельном:

, , U₁ = U₂ = ……= U_i = U_n

где U_i, I_i, R_i – напряжение, сила тока и сопротивление для соответствующего проводника.

Мостовая схема для измерения сопротивлений приведена на рис. 1. Измерительный мост образован четырьмя резисторами: сопро­тивления трех из них R₁, R₂, R₃ известны, сопротивление чет­вертого R_x подлежит измерению. Точками А и В мост присоединен к источнику электрического тока Е, а в диагональ CD моста включен чувствительный гальванометр G (нуль - индикатор).

Если потенциалы точек С и D одинаковы, ток через гальванометр равен нулю. Это происходит при соответствующем выборе сопротивлений R₁, R₂ , R₃, когда:

. (1)

Из соотношения (1), отображающего баланс моста, следует возможность измерения неизвестного сопротивления R_x:

. (2)

Обычно в качестве сопротивления R₃ используют магазин образцовых сопротивлений. Для балансировки моста подбирают в магазине сопротивлений такое сопротивление R=R₃, при котором ток в гальванометре будет равен нулю. При этом достигается наибольшая точность. Выражение (2) упрощается, и искомое сопротивление становится численно равно сопротивлению R, набранному в магазине сопротивлений:

. (3)

ИЗМЕРЕНИЯ

Часть 1.

Собрать измерительную цепь (рис. 1). Подключить к зажимам «а» и «б» неизвестное сопротивление R_x1, подбирая сопротивление (в магазине сопротивлений) добиться нулевого показания гальванометра. Записать полученный результат в таблицу.

Часть 2.

Определить сопротивление электрической лампочки, включенной в осветительную сеть ("горячей" лампочки). Для этого собрать и проверить электрическую цепь (рис. 2). (Внимание! Без разрешения преподавателя или лаборанта электрическую цепь в сеть не включать). Записать показания вольтметра U и амперметра I в таблицу и, по закону Ома для участка цепи, рассчитать сопротивление лампочки в горячем состоянии R по формуле:

,

где напряжение U берется в вольтах, ток I - в амперах, сопротивление R - в омах.

ЗАДАНИЕ

1.Измерить сопротивления двух резисторов (R_x1 и R_x2) порознь с помощью моста постоянного тока. Результаты занести в таблицу.

2.Измерить сопротивление тех же резисторов соединенных первый последовательно, а второй раз параллельно и сравнить значения найденные из опыта, с рассчитанными по формулам:

- последовательное соединение,

- параллельное соединение.

3. Определить относительную погрешность измерения:

.

4. Измерить с помощью моста постоянного тока сопротивление электрической лампочки (R₀) в холодном состоянии.

.

6. Рассчитать температуру T нити накала лампочки согласно формуле:

,

где - температурный коэффициент сопротивления.

Для вольфрама =5,1×10^-3 К^-1.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3э

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. Электрической емкостью называется физическая величина, показывающая заряд, который способно накапливать тело при приложении к нему потенциала в 1В:

.

Конденсатор – тело, способное накапливать достаточно большой заряд. Простейший конденсатор представляет собой два проводника (обкладки), разделенные слоем диэлектрика.

Под электроемкостью конденсатора понимают физическую величину, показывающую заряд, который способен накапливать конденсатор при приложении к нему напряжения в 1 В.

. (1)

Виды конденсаторов:

1. По электроемкости:

А) конденсаторы постоянной емкости;

Б) конденсаторы переменной емкости.

2. По виду диэлектрика:

А) воздушные;

Б) электролитические;

В) бумажные и т.д.

3. По форме обкладок:

А) плоские;

Б) сферические и т. д.

Конденсаторы соединяются в батареи.

Виды соединения конденсаторов:

А) последовательное;

Б) параллельное.

Общая емкость при последовательном соединении конденсаторов:

,

где n – число конденсаторов.

Для двух конденсаторов получим:

. (2)

Общая электроемкость при параллельном соединении конденсаторов:

. (3)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. Для определения емкости конденсатора пользуются схемой, приведенной на рис.1, где ИП - исто­чник постоянного напряжения, V - вольтметр, С_х- исследуе­мый конденсатор, Кн - перек­лючатель, позволяющий под­ключать конденсатор к источ­нику питания или к гальванометру Г. Параллельно гальванометру подключен ключ Кл, который замыкают на короткое время перед измерением для установки светово­го луча ("зайчика") в начальное положение.

Как следует из (1), нахождение значения электроемкости связано с определением заряда Q на обкладках и напряжения U. Напряжение U легко определяется вольтметром V. Заряд Q можно измерить при помощи баллистического гальванометра. Главной частью гальванометра (рис. 2) является подвешенная на вертикальной нити Т рамка F, помещенная в поле постоянного магнита М. Скрепленное с рамкой зеркальце L служит для изме­рения угла поворота рамки гальвано­метра в магнитном поле при прохожде­нии по ней электрического тока. Заряд Q, протекающий через рамку, пропорционален первому отбросу светового луча:

,

где А - постоянная гальванометра, N - число делений шкалы для первого отброса светового луча. Значение пос­тоянной А можно определить, разряжая через гальванометр конденсатор известной ёмкости С, заряженный до напряжения U, тогда заряд конденсатоpa равен:

и . (4)

ИЗМЕРЕНИЯ.

I. Собрать схему (рис. 1), подключить конденсатор известной емкости и зарядить его до напряжения, при котором во время разряда конденсатора "зайчик" по шкале гальванометра отклонится на 0,7….0,8 длины шкалы. Далее, определив средний отброс "зайчика" из 5 опытов по разрядке известного конденсатора, найти постоянную гальванометра А, используя (4).

2. Определить емкости двух конденсаторов С₁ и C₂ по известной постоянной гальванометра А. Для этого подключают вместо образцового сначала конденсатор С₁, потом C₂. Изменяя напряжение на конденсаторе, добиться отклонения "зайчика" на 0,7...0,8 длины шкалы. Определив средний отброс "зайчика" из 5 опытов, находят значения емкостей C₁ и C₂ из формулы (4).

3. Определить емкость батареи из двух конденсаторов при параллельном и последовательном соединении. Сравнить результаты опыта с результатами вычисления емкости батареи по формулам (2) и (3).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Оценить погрешность результата, сравнивая с рассчитанными по формулам (2) и (3).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4э

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: