Електрика та магнетизм

8. Using one of the schemes of connection build up the constant value of the current I with the help of regulator. Moving the traveling contact of the resisting wire for a few marks find 8-10 values of the U.

9. Count 8-10 values of R using the formula which correspond to the switching on scheme.

10. Fill in the table with data:

11. Build up the graph Rp =f(I).

12. Count the error for Rp . Make a conclusion about the work done.

Control questions

1. What is an electric current? Write the formula for the direct current.

2. Write the definition and formula for the alternating current.

3. Write the definition and formula for the current density.

4. Write the relationship between the current intensity and its density.

5. Write the Ohm's law in integral form.

6. Write the relationship between the conductor resistance and conductor electroconductivity.

7. Write the Ohm's law for the closed circuit.

8. Formulate and write the Joule Lenz' law.

9. Formulate and write the first and the second Kirchhoff's laws.

10. Write the dependence of the conductor resistance on its cross-section.

11. Deduce the formula for counting two resistors connected in series and parallel.

This instruction is worked out by S. Lushchin, reader of the physics chair.

Reviewer: S. Loskutov, professor of the physics chair.

8. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 22.2

ВИМІРЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ОПОРІВ МЕТОДОМ МІСТКА УІТСТОНА

Мета роботи: визначити невідомі опори методом містка Уітстона.

Прилади і обладнання: реохорд, магазин опорів, два невідомих опора, нуль-гальванометр, акумулятор, ключ.

Теоретична частина

Електричним струмом називається будь-який впорядкований (спрямований) рух електричних зарядів. У провіднику під дією прикладеного електричного поля вільні електричні заряди переміщуються: позитивні по полю, негативні - проти поля, тобто в провіднику виникає електричний струм, який називається струмом провідності. Для виникнення і існування електричного струму необхідно: 1) наявність вільних носіїв струму - заряджених частинок, здатних переміщуватися впорядковано; 2) наявність електричного поля, енергія якого, поповнюючись, витрачається на впорядкований рух.

Узагальнений закон Ома для неоднорідної ділянки кола представляється виразом

, (9.1)

де I - струм на ділянці кола 1-2, е12 - ЕРС, що діє на цій ділянці, ц1-ц2 - різниця потенціалів кінців ділянки, R - опір ділянки кола. Якщо на даній ділянці кола джерело струму відсутнє (е12 = 0), то маємо закон Ома для однорідної ділянки кола:

 (9.2)

Якщо коло замкнене, тобто точки 1 і 2 співпадають (ц1=ц2), отримуємо закон Ома для замкненого кола:

, (9.3)

де е - ЕРС, що діє в колі, R - сумарний опір всього кола. R = r + R1, r - внутрішній опір джерела струму, R1 - опір зовнішнього кола.

Для розрахунку розгалуженого кола, що містить декілька замкнених контурів (контури можуть мати спільні ділянки, кожен з них може мати кілька джерел струму і т. д.) використовують правила Кирхгофа.

Будь-яка точка розгалуження кола, в якій сходиться не менше трьох провідників із струмом, називається вузлом. Струм, що входить у вузол, вважається позитивним, а струм, який виходить з вузла, - негативним. Перше правило Кирхгофа: алгебраїчна сума струмів, що сходяться у вузлі, дорівнює нулю:

. (9.4)

Друге правило Кирхгофа: у будь-якому замкненому контурі, вибраному в розгалуженому електричному колі, алгебраїчна сума добутків сили струму Ik і опору Rk , що відповідають ділянці контуру між двома вузлами, дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС еk , що діють в цьому контурі:

. (9.5)

Для визначення опорів в роботі використовують місток Уітстона (рис. 9.1), де Rx - невідомий опір, R - магазин опорів, ADB - реохорд.

Рисунок 8.1

Містком є галузь СD, що містить гальванометр G. Якщо замкнути ключ К, струм від джерела Е буде йти по розгалуженому колу і містку СD. Змінюючи опір магазину, можна досягти того, щоб по містку СD струм не йшов. В цьому випадку потенціали точок С і D будуть однакові. Однаковими будуть також і різності потенціалів між точками А і С, А і D. Із закону Ома (9.2) випливає

, (9.6)

де І1 та І2 - сила струму на ділянках АС і АD, відповідно.

Аналогічно, з однаковості різності потенціалів між точками С і В, D і В випливає, що

. (9.7)

Поділивши (9.6) на (9.7), отримуємо

, (9.8)

де R1 і R2 - опори ділянок дроту реохорду зліва і справа від його движка (ковзаючого контакту). Опір дроту знаходиться за формулами

 , , (9.9)

де с - питомий опір матеріалу дроту, S - площина його перетину, l1 і l2 - довжини плечей реохорду (відстань від кінців реохорду до його движка). Тоді з формул (9.8), (9.9) знаходимо, що

. (9.10)

Експериментальна частина

1. Зібрати схему (рис. 9.1), використавши в якості Rx один з невідомих опорів, що є в наявності.

2. Движок поставити посередині реохорду на поділку 50,0.

3. Після перевірки схеми викладачем за допомогою магазину опорів підібрати такий опір R, при якому стрілка гальванометра стане на нуль (коли ключ К замкнений). Це значення R, а також l1 і l2, занести в перший рядок таблиці 9.1.

4. Змістити движок реохорду на поділку 30,0 і знову, змінюючи опір магазину, знайти значення, що відповідає нульовому струму. Значення R, l1 і l2 занести в другий рядок таблиці.

5. Встановити движок на поділку 70,0, знайти значення R і занести його в третій рядок таблиці разом з l1 і l2.

6. Такі ж самі виміри провести і для другого невідомого опору, а потім також для послідовно і паралельно з'єднаних опорів Rx1 і Rx2. Результати всіх вимірів занести в таблицю 9.1.

 Таблиця 9.1

7. За даними таблиці 9.1, користуючись формулою (9.10), розрахувати Rx(i), а також середнє значення Rx(cp) для обох невідомих опорів та їх послідовного і паралельного з'єднання. Занести результати у відповідні стовпчики таблиці 9.1.

8. Користуючись значеннями Rx1(cp) і Rx2(cp), розрахувати опір їх послідовного та паралельного з'єднання за формулами

Rпосл = Rx1(cp) + Rx2(cp), Rпар = Rx1(cp) Rx2(cp) /(Rx1(cp) + Rx2(cp)). (9.11)

Порівняти результати цих розрахунків з результатами безпосередніх вимірів Rx посл(cp), Rx пар(cp) ( див. таблицю 9.1).

9. Оцінити похибку визначення опорів методом містка Уітстона, наприклад, за результатами вимірювань Rx1.

Контрольні запитання

1. Що таке сила струму, потенціал і напруга?

2. Дати визначення електрорушійної сили (ЕРС).

3. Сформулювати закон Ома для однорідної ділянки кола.

4. Сформулювати закон Ома для замкненого кола.

5. В чому полягає перше правило Кирхгофа?

6. Яке друге правило Кирхгофа?

7. Намалювати схему містка Уітстона і пояснити, як за його допомогою можна визначити невідомий опір.

8. Пояснити, чому при відсутності струму крізь гальванометр падіння напруги на ділянках АС і АD однакове.

9. Дати пояснення, чому, коли гальванометр показує нуль, струм крізь опори R і Rx однаковий?

Література

1. Трофимова Т.А. Курс физики. М.: Высшая школа, 1999.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. -М.: Наука, 1989. §§ 35, 36.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. -М: Высшая школа, 1989.

Інструкція складена проф. кафедри фізики Лоскутовим С.В.

Рецензент: доц. кафедри фізики Єршов А.В.

Размещено на Allbest.ru