close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Лабораторна робота №2-12

код для вставкиСкачать
 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 діяпроходження електричного струму в усіх провідниках звичайно супроводжується тепловими ефектами (виділення тепла у провіднику - ефект Джоуля-Ленца);Хімічна діяпроходження струму супроводжується також хімічними ефектами, особливо у електролітах, де спостерігається електроліз - перенесення іонів різного знаку у різних напрямах;Магнітна діяпроходження 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.
3. Розрахувати відносну похибку вимірювання опору за формулою
(14)
4. 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".
5. Всі результати занести у таблицю №1.
6. Порівняти величини опорів, отриманих експериментально і теоретично. Зробити висновки по роботі.
Таблиця №1
№ схемиU, BI, AR, ОмR, Ом, %Rтеор, Ом1-2345
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.
Лабораторна робота № 2-12
Вимірювання опорів розгалужених схем з'єднання провідників
2
Херсонський національний технічний університет
Кафедра загальної та прикладної ф(зики
Дисципліна: фізика. Розділ "Електромагнетизм"
Курак В.В., Степанчиков Д.М., Польша В.O. 23.11.2013.
1
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
254
Размер файла
526 Кб
Теги
робота, лабораторная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа