2863

6. Соедините сопротивления RХ1 и RХ 2 параллельно (рис.7.), включите их в цепь и проведите измерения, указанные в п. 3.

7.По формуле (7) рассчитайте значения всех измеренных сопротивлений, а затем их средние значения.

8.Рассчитайте теоретические значения сопротивлений при

последовательном и параллельном соединении RХ1 и RХ 2 , используя средние

значения этих сопротивлений и формулы (1) и (2).

9. По данным одного из проведенных измерений определите погрешность измерения сопротивления

RX = ε RX ,

где ε = εR2 0 + εl21 + εl22 .

Относительные частные погрешности рассчитайте по формулам

где R0 = γ 100R0 - погрешность сопротивления магазина;

γ - класс точности магазина сопротивлений;

l1 и l2 - погрешности длины плеч, которые принимаются равными цене деления шкалы реохорда.

10. В заключении по работе сравните измеренные и теоретические значения последовательного и параллельного соединений сопротивлений RХ1 и RХ 2 .

Согласие считается хорошим, если разница между опытными и теоретическими значениями не превышает 2 RХ .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В чем заключается закон Ома для участка цепи?

2.Сформулируйте правила Кирхгофа.

3.Что значит уравновесить мост? Каково условие равновесия моста?

4.Изменится ли равновесие моста, если внезапно уменьшится ЭДС источника питания?

5.Можно ли уравновесить мост, изменяя сопротивление только одного плеча моста?

6.Какую роль играет достижение равновесия в мостике Уитстона:

-магазин сопротивлений;

-реохорд?

7.Почему в диагональ нагрузки моста включается чувствительный гальванометр, а не обычный амперметр?

8.Какие значения сопротивлений и как можно включить на магазине сопротивлений, входящем в установку?

9.От каких величин и как зависит сопротивление проволоки? Почему в

расчетную формулу (7) входит только длина проволоки?

10.Как зависит погрешность измерения от положения скользящего контакта реохорда? При каком положении контакта D погрешность наименьшая?

Библиографический список

1. Трофимова Т.И. Курс физики. 2000. §§ 96-101.

Лабораторная работа 4.5 (24)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

Цель работы: изучение законов постоянного тока; знакомство с принципом метода компенсации и измерение ЭДС источников тока.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ

Электродвижущая сила (ЭДС) – (смотрите с. 19).

Разность потенциалов. Напряжение (смотрите с. 20).

Закон Ома для неоднородного участка цепи (смотрите с. 21).

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Приближенно ЭДС ЕХ источника тока можно измерить вольтметром,

включенным параллельно источнику (рис. 1). Вольтметр измеряет разность потенциалов (ϕ2 − ϕ1) точек 2 и 1, к которым он подключен. Применив закон

Ома для неоднородного участка цепи к участку 1 – 2, получим

Ir = (ϕ1 − ϕ2 )+ЕХ .

Откуда

где r - сопротивление участка 1-2, которое равно внутреннему сопротивлению источника тока.

Из формулы (1) видно, что показание вольтметра меньше значения ЭДС на величину Ir - падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока. Разность потенциалов (ϕ2 − ϕ1) тем ближе к ЕХ , чем меньше сила тока I

в цепи источника. Метод компенсации позволяет уменьшить эту силу тока до нуля.

В схеме метода компенсации (рис.2) исследуемый источник ЕХ подключается к потенциометру R , через который течет постоянный ток Ι 0 ,

создаваемый источником питания Е. Перемещая подвижный контакт потенциометра, можно плавно изменять разность потенциалов (ϕ2 − ϕ1) концов

участка 1-2. Когда

ϕ2 − ϕ1 =ЕХ ,

Участок цепи считается неоднородным, если он содержит источник тока.

сила тока Ι в цепи исследуемого источника ЕХ согласно (1) равна нулю, и включенный в эту цепь гальванометр G показывает отсутствие тока.

Это соотношение отражает сущность метода компенсации: напряжение I0RХ

на участке потенциометра, к которому подключен исследуемый источник, компенсирует (уравновешивает) ЭДС ЕХ этого источника, в результате чего

сила тока в цепи источника ЕХ равна нулю.

Для определения неизвестной ЭДС ЕХ по формуле (2) необходимо измерить силу тока Ι 0 и сопротивление RX или же просто измерить

вольтметром напряжение на участке 1-2. Более точным является следующий способ измерения: вместо источника ЕХ (рис. 2) включается эталонный

источник тока с известной величиной ЭДС ЕЭТ . Условие компенсации в этом случае имеет вид

гальванометр (его роль играет микроамперметр µΑ ) и потенциометр R ,

снабженный шкалой, по которой отмечается положение скользящего контакта. Переключатель Р служит для включения в цепь либо исследуемого, либо эталонного элемента. Ключом К1 включается источник питания Е, а

кнопкой КН включается гальванометр и один из исследуемых элементов (или

эталонный элемент).

Соединительные провода, выведенные на панель от потенциометра, служат для включения в цепь источников тока (рис. 3). Номера проводов соответствуют номерам контактов потенциометра на рис. 2. Сплошными линиями указано подключение источника ЕХ1, пунктирными – источника ЕХ 2 .

Сопротивления RX и RЭТ , входящие в формулу (4), пропорциональны соответствующим длинам lX и lЭТ участка 1–2 потенциометра (рис. 2). Поэтому расчетная формула для определения неизвестной ЭДС имеет вид

Приборы и принадлежности: лабораторный стенд.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Включите в цепь источник питания Е, эталонный элемент ЕЭТ и элемент ЕХ1 с неизвестной ЭДС, подсоединив соответствующие провода к клеммам Е, ЕЭТ и ЕХ1 (рис. 3).

2.Включите установку в сеть 220 В. Ключом К1 включите источник питания Е. Переключателем Р включите в цепь эталонный элемент ЕЭТ .

3.Нажав и удерживая в таком положении кнопку КН , перемещением подвижного контакта потенциометра R добейтесь отсутствия тока в цепи

микроамперметра µΑ . Во избежание поломки установки долго держать кнопку КН нажатой нельзя.

4. По шкале потенциометра определить положение lЭТ скользящего

контакта.

5. Измерения, указанные в пунктах 3 и 4, выполнить ещё два раза. Результаты всех измерений записать в табл. 1.

Выполнить три раза измерения, указанные в п. 3-4. Значения величины lX1,

измеренные по шкале потенциометра, занести в таблицу.

7. Отсоедините от цепи элемент ЕХ1 и подсоедините второй исследуемый элемент ЕХ 2 . Проведите измерения, указанные в п. 6. Полученные значения lX 2 запишите в таблицу.

8. Включите в цепь последовательно соединенные элементы ЕХ1 и ЕХ 2

в одном направлении. Для этого соединительные провода схемы подключите к крайним клеммам ЕХ1 и ЕХ 2 , а внутренние клеммы ЕХ1 и ЕХ 2 соедините

между собой дополнительным проводником. Выполните измерения, указанные в п. 6, и полученные значения lХпосл1 занесите в таблицу.

9. Включите в цепь последовательно соединенные элементы ЕХ1 и ЕХ 2

во встречном направлении. Для этого провод 1 подсоедините к левой клемме ЕХ1, а провод 2 – к левой клемме ЕХ 2 . Правые клеммы источников ЕХ1 и ЕХ 2

соедините между собой дополнительным проводником. Выполните измерения, указанные в п. 6, и полученные значения lХпосл2 занесите в таблицу.

10.По формуле (5) рассчитайте значения ЕХ1, ЕХ 2 , ЕХпосл1 и ЕХпосл 2 . Величина эталонной ЭДС ЕЭТ = 0,76В.

11.Рассчитайте погрешность измерения одной из ЭДС, например, ЕХ 2

ЕХ 2 = ε ЕХ 2 ,

где относительная погрешность измерения ЭДС ε = εЕ2ЭТ + εl2ЭТ + εl2X 2 . Относительные частные погрешности

иlХ 2сл определяются как половина разницы максимальных и минимальных

значений соответствующих величин. В качестве абсолютных погрешностей lЭТ и lХ 2 выбирается наибольшая погрешность из приборной и случайной

погрешности.

Результат измерения ЭДС запишите в виде доверительного интервала

рассчитанных величин не превышает 2 ЕХ 2 .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое электродвижущая сила?

2.Потенциальными (консервативными) или не потенциальными являются сторонние силы? В чем проявляется это их свойство?

3.Что такое разность потенциалов и напряжение? В каком случае разность потенциалов и напряжение на участке цепи совпадают?

4.В каком случае напряжение равно действующей ЭДС?

5.В чем заключается обобщенный закон Ома?

6.Почему с помощью вольтметра нельзя измерить точное значение ЭДС? Почему точность измерения возрастает при увеличении сопротивления вольтметра?

7.Почему ЭДС источника питания установки в схеме метода компенсации должна быть больше ЭДС исследуемого элемента?

цепь? От чего зависит сила этого тока?

9. Почему в схеме метода компенсации используется чувствительный гальванометр (микроамперметр), а не произвольный амперметр?

10.Какие величины в работе находятся путем прямых, а какие путем косвенных измерений?

11.Погрешность какой величины (согласно полученным результатам) вносит основной вклад в погрешность ЭДС в данной работе?

Библиографический список

1.Трофимова Т.И. Курс физики. 2000. §§ 96-100.

2.Курс физики. Т.1./Под. Ред. В.Н. Лозовского.- СПб.: 2001 – С. 273-276.

Учебное издание

Бородин Василий Николаевич Бомбин Альберт Михайлович Евсикова Наталья Юрьевна Камалова Нина Сергеевна Кумицкий Борис Михайлович Панюшкин Николай Николаевич Саврасова Наталья Александровна Саушкин Виктор Васильевич

ФИЗИКА Лабораторный практикум Электростатика. Постоянный ток

Редактор Е.Н. Зяблова

Подписано в печать 30.01.06. Формат 60×84 1/16. Заказ № Объем 2,44 п.л. Усл.п.л. 2,27. Уч.-изд.л. 2,98. Тираж 500 экз.

Воронежская государственная лесотехническая академия РИО ВГЛТА, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8

Отпечатано в типографии ИП Хасанова И.Б., г. Воронеж, ул. Ломоносова, 87.