Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених




Скачати 114.91 Kb.
НазваЛабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених
Дата конвертації01.02.2014
Розмір114.91 Kb.
ТипДокументы
uchni.com.ua > Фізика > Документы

Херсонський національний технічний університет

Кафедра загальної та прикладної фізики

Дисципліна: фізика. Розділ ”Електромагнетизм”

Курак В.В., Степанчиков Д.М., Польша В.O. 30.01.2014.


Лабораторна робота № 2–12




ВИМІРЮВАННЯ ОПОРІВ РОЗГАЛУДЖЕНИХ

СХЕМ З’ЄДНАННЯ ПРОВІДНИКІВ


Мета роботи: вивчити методику вимірювань та розрахунків опорів розгалужених схем з’єднання провідників на сталому струмові методом амперметра і вольтметра, перевірити закон Ома.

Обладнання: лабораторна установка у складі джерела постійної напруги, вольтметру, амперметру, набору опорів, з’єднаних за різними схемами.

^

Теоретичні відомості


Електричний струм – упорядкований (напрямлений) рух заряджених частинок. Носіями заряду у залежності від типу провіднику можуть бути: електрони (метали), електрони і дірки (напівпровідники), іони (електроліти), іони і електрони (гази і плазма). За напрям струму приймають напрям руху позитивних заряджених частинок.

Для існування електричного струму необхідно виконання двох умов:

  1. наявність вільних заряджених частинок (носіїв заряду);

  2. наявність електричного поля (джерела живлення).

Звичайно, про наявність і величину електричного струму судять за діями, які він спричиняє. Серед таких виділяють наступні:

Теплова дія

проходження електричного струму в усіх провідниках звичайно супроводжується тепловими ефектами (виділення тепла у провідникуефект Джоуля-Ленца);

^ Хімічна дія

проходження струму супроводжується також хімічними ефектами, особливо у електролітах, де спостерігається електроліз – перенесення іонів різного знаку у різних напрямах;

^ Магнітна дія

проходження струму супроводжується також створенням навколо провідника магнітного поля.

Основними кількісними характеристиками струму є:

  • густина струму – векторна величина, визначається як величина заряду (), що проходить за інтервал часу крізь елемент поверхні перерізу провідника () у напрямі нормалі () до цього елементу перерізу

(1)

  • сила струму – скалярна величина, яка чисельно дорівнює заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу

(2)

Зв’язок між цими двома характеристиками струму можна записати у вигляді

(3)

До основних електричних характеристик провідника відносять:

  • опір провідника – міра протидії провідника встановленню у ньому електричного струму; залежить від матеріалу, формі, геометричних розмірів провідника, від температури;

  • питомий опір – характеристика матеріалу провідника, визначається внутрішньою структурою матеріалу, значною мірою залежить від домішок, від способу виготовлення провідників, від температури.

Зв’язок між ними дається відомою формулою

(4)

де – відповідно довжина і площа поперечного перерізу провідника.

Електричний опір металів обумовлений розсіянням електронів провідності на теплових коливаннях кристалічної решітки і структурних неоднорідностях.

Розглянуті характеристики струму і провідника пов’язані між собою законом Ома, який для однорідної ділянки електричного кола відповідно у диференційній та інтегральній формах можна записати у вигляді:

(5)

(6)

де – електрична напруга, – вектор напруженості електричного поля.

Ділянку кола називають однорідною, якщо на ній немає джерел струму. Закон Ома справджується з великою точністю для металевих провідників та електролітів. Відхилення від закону Ома становить близько 1% для струмів дуже великої густини – кількох мільйонів ампер на 1 см2. Закон порушується і в тих випадках, коли в провідниках не вистачає носіїв електричних зарядів і настає насичення струму (несамостійний розряд у газах), а також при досить високій напрузі.

З рівняння (6) слідує, що для визначення опору ділянки кола необхідно виміряти силу струму і падіння напруги на цій ділянці:

(7)

Отже, необхідно мати два вимірювальні прилади – амперметр і вольтметр – звідси назва одного з поширених методів визначення опору – метод амперметру і вольтметру.

Розглянемо різні способи з’єднання провідників у колі. На рис.1 показано послідовне з’єднання опорів. При такому з’єднанні загальне падіння напруги дорівнює сумі падінь напруги на кожному резисторі, через кожен з резисторів тече однаковий струм , а їх загальний опір дорівнює сумі опорів резисторів:

(8)

де – загальна кількість резисторів.

Якщо опори однакові (), то загальний опір послідовного з’єднання визначається наступним чином

(9)

На рис.2 показано паралельне з’єднання провідників (резисторів). В цьому випадку однаковою є напруга на всіх резисторах і на кожному з них (); сила струму на „вході” та „виході” (до точки розгалуження А і після точки В) є сумою сил струмів, що течуть по кожному резисторові, а загальний опір за величиною є менший, ніж найменший окремий опір, що входить до паралельного з’єднання:

(10)

Якщо опори однакові (), то загальний опір паралельного з’єднання визначається наступним чином

(11)
^

Опис експериментальної установки




Принципову електричну схему лабораторної установки подано на рис.3. Лабораторна установка виконана єдиним блоком, до складу якого входять:

  • два джерела сталої напруги GB1, GB2, перемикання яких здійснюється за допомогою ключа SA1; таким чином можна змінювати величину напруги, що подається на резистори;

  • вольтметр PV1, за допомогою якого вимірюється напруга на резисторах;

  • цифровий міліамперметр РА2 для вимірювання сили струму, що проходить через резистори;

  • ключ SA2, який підключає відповідне джерело напруги до навантаження;

  • ключ SA3, який може перебувати в одному з п’яти фіксованих положень, таким чином реалізується підключення різних типів з’єднань резисторів.

Конструкція лабораторної установки передбачає дослідження п’яти різних схем з’єднання резисторів (у відповідності до номеру положення ключа SA3):

    1. одиничний резистор номіналу R0;

    2. послідовне з’єднання трьох резисторів номіналу R0;

    3. паралельне з’єднання трьох резисторів номіналу R0;

    4. просте змішане з’єднання шістьох резисторів номіналу R0;

    5. складне змішане з’єднання сімох резисторів номіналу R0.

Слід зауважити, що всі використані резистори R1R20 мають однаковий номінал R0, тобто є однаковими за величиною опору.
^

Проведення експерименту


Увага! Перед проведенням експерименту обов’язково ознайомитися з правилами техніки безпеки (див. с.6).

  1. Ретельно вивчити складові частини лабораторної установки та призначення органів керування і контролю.

  2. Після отримання допуску за допомогою ключа SA1 підключити джерело GB1 сталої напруги до вимірювальної схеми.

  3. Ключ SA3 поставити у положення “1” і замкнути ключ SA2.

  4. Виміряти напругу і силу струму на обраній схемі з’єднання резисторів.

  5. За допомогою ключа SA1 переключити вимірювальну схему на джерело GB2 і повторити п.4.

  6. Аналогічні операції провести для інших схем з’єднання резисторів (положення ключа SA2 “2”“5”).

  7. Результати вимірювань занести у таблицю №1.


^

Обробка результатів


  1. Для кожної схеми з’єднання резисторів за формулою (7) розрахувати величину опору . Розрахунки у кожному випадку провести для двох значень напруги.

  2. Розрахувати абсолютну похибку вимірювання опору для кожного досліду за формулою

(12)

де – абсолютна похибка прямого вимірювання сили струму, дорівнює половині найменшого розряду цифрового табло міліамперметру; – абсолютна похибка прямого вимірювання напруги, визначається через клас точності вольтметру:

(13)

тут – клас точності вольтметру, записаний на його шкалі у нижньому правому або лівому куті, – верхня межа вимірювань вольтметру.

  1. Розрахувати відносну похибку вимірювання опору за формулою

(14)

  1. Для схем “2”“5” з’єднання резисторів провести теоретичні розрахунки величини загального опору. При цьому вважати, що відповідні схеми містять однакові резистори, величина кожного з яких дорівнює величині опору R0 у схемі “1”.

  2. Всі результати занести у таблицю №1.

  3. Порівняти величини опорів, отриманих експериментально і теоретично. Зробити висновки по роботі.

Таблиця №1

схеми

U, B

I, A

R, Ом

R, Ом

, %

Rтеор, Ом

1

































2


































3


































4


































5



































^

Контрольні запитання


  1. Що називається електричним струмом? Які умови його існування?

  2. Які дії спричиняє проходження струму через провідник? Розкрити зміст кожної з них.

  3. Сформулюйте закон Ома (інтегральну та диференційну форми) для однорідної ділянки провідника.

  4. Якою є фізична причина виникнення опору провідника?

  5. Від яких факторів і яким чином залежить величина опору провідника?

  6. Як розрахувати величину загального опору послідовного, паралельного та змішаного з’єднань резисторів?


Література


  1. Кучерук І.М., Горбачук І.Т. Загальна фізика: Електрика і магнетизм: Підручник. – К.: Вища шк., 1995.

  2. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1985.

  3. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс Общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1974.

  4. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.3. – М.: Наука, 1989.

  5. Загальні основи фізики: У двох книгах. Кн.2. Електродинаміка. Атомна та субатомна фізика: Навч. посібник/ За ред. Д.Б.Головка, Ю.Л.Ментковського. – К.: Либідь, 1998.

  6. Бушок Г.Ф., Левандовський В.В., Півень Г.Ф. Курс фізики: Навч. посібник: У 2 кн. Кн..1. Фізичні основи механіки. Електрика і магнетизм. – К.: Либідь, 2001.

Правила з техніки безпеки

Дослідження, яке проводиться у даній роботі, пов’язане із застосуванням електрики та високих напруг. Тому, виконуючи лабораторну роботу, необхідно дотримувати правил з техніки безпеки:

  1. перед початком роботи необхідно ознайомитися з джерелами електропостачання, способами їх вмикання та вимикання;

  2. перед початком роботи всі потенціометри вивести у крайнє ліве положення;

  3. після складання схеми викладач або лаборант повинен її перевірити і дати дозвіл на вмикання джерел живлення;

  4. забороняється торкатися руками контактів, які знаходяться під напругою; наявність напруги на контактах елементів схеми слід перевіряти тільки вимірювальним приладом;

  5. всі зміни у схемі або усунення причин несправностей можна проводити тільки після її повного відключення від джерел живлення та під наглядом викладача або лаборанта;

  6. після завершення вимірювань отримані результати слід показати викладачу і, отримавши дозвіл, вимкнути лабораторну установку.




Схожі:

Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених iconЛабораторна робота №2–10 вимірювання опорів містковими схемами
Принципова схема вимірювального містку сталого струму для вимірювання невідомого опору, який має назву містка Уітстона, зображена...
Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених iconТема уроку
Лабораторна робота №2 “Вимірювання сили струму амперметром ” Електрична напруга. Вольтметр
Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених iconЛабораторна робота №1. Поняття алгоритму. Блок схема запису алгоритмів
Лабораторна робота №7. Функції введення/виведення printf(), scanf(). Лінійні обчислювальні процеси
Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених iconТема. Фізичне тіло І речовина. Маса тіла. Одиниці маси. Вимірювання...
Обладнання: різні види терезів, набір важків, тіла неправильної форми, сипкі тіла
Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених iconЛабораторна робота №2-7
Обладнання: лабораторна установка, два гальванометри, два магазини опору, перемикач
Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених iconЛабораторна робота №3

Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених icon1. Вимірювання лінійних розмірів тіл І визначення їх об’ємів. Лабораторна
Методичні вказівки до лабораторних робіт з курсу загальної фізики. Розділ «Механіка І молекулярна фізика» для студентів хімічного...
Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених iconОдиниці вимірювання величин. Співвідношення між одиницями вимірювання...
Для позначення одиниць різних величин використовуються префікси, які показують, у скільки разів збільшилась чи зменшилась основна...
Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених iconЛабораторна робота №1
Ознайомлення з функціональними можливостями та пограмним середовищем гіс панорама (Карта 2005)
Лабораторна робота №2–12 вимірювання опорів розгалуджених iconЛабораторна робота
Використання методів теорії ієрархії при прийнятті рішень у міжнародних відносинах
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка