- •Уральский государственный экономический университет
- •Учебное пособие для самостоятельной работы по физике
- •2009 Г.
- •Введение
- •Элементы электрической цепи
- •Краткая теория
- •Общие указания к сборке электрических схем
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Измерение удельного сопротивления металлического проводника
- •Основные законы постоянного тока
- •Описание используемого метода измерения удельного сопротивления
- •Механическая конструкция прибора
- •Ход выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Описание установки
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Изучение работы полупроводникового диода
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Изучение релаксационных колебаний в схеме с газоразрядной лампой
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Исследование свойств фотосопротивления
- •Основы теории фотоэффекта
- •Iн1 и Iн2 – токи насыщения; Uз – запирающий потенциал
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Оглавление
Контрольные вопросы
1. Какие основные системы электроизмерительных приборов используются для электрических измерений? Каковы принципы их работы?
2. Какова характеристика точности электроизмерительных приборов?
3. Как используются реостаты в электрических цепях?
4. Почему меняются пределы измерения амперметра при переключении тумблеров на многопредельном приборе?
5. Почему при работе с прибором нецелесообразно использовать начальные участки шкалы?
6. Как выбирается предел измерения на многопредельном приборе?
7. От чего зависят абсолютная и относительная погрешности измерения с помощью электроизмерительного прибора?
Литература
1.Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Изд. центр «Академия», 2007, § 96 – 98.
2. Грабовский З.И. Курс физики. СПб,; Изд –во «Лань», 2006, §11-13.
РАБОТА №2
Измерение удельного сопротивления металлического проводника
Цель работы: определить удельное сопротивление проводника из нихрома.
Приборы и принадлежности: прибор для измерения удельного сопротивления, включающий хромоникелевую проволоку; миллиамперметр.
Основные законы постоянного тока
К проводникам относятся вещества, у которых в нормальных условиях имеются свободные заряды – носители тока. Если в проводнике создать электрическое поле, то носители заряда придут в упорядоченное движение: положительные в направлении поля, отрицательные – в противоположную сторону. Упорядоченное движение зарядов называется электрическим током. Его характеризуют силой тока – скалярной величиной, равной заряду, переносимому носителями через поперечное сечение проводника в единицу времени. Если за время dt переносится заряд dq, то сила тока по определению равна:
. (2.1)
Если сила тока и его направление не меняются со временем, то ток называется постоянным. Для постоянного тока
.
В неразветвленной цепи постоянного тока сила тока во всех сечениях проводника одна и та же.
Единицей измерения силы тока в международной системе (СИ) служит ампер (А). При силе тока в 1 А через поперечное сечение проводника за 1 с проходит заряд 1 Кл. Согласно формуле (2.1):
.
Электрический ток можно охарактеризовать также с помощью вектора плотности тока . Этот вектор численно равен силе токачерез площадкуdS, расположенную перпендикулярно к направлению движения носителей, отнесенной к величине этой площадки:
. (2.2)
За направление принимается направление вектора скорости упорядоченного движения положительных носителей. В металлах носителями тока являются свободные электроны, и вектор плотности тока направлен противоположно скорости их направленного движения.
Основным законом постоянного тока является закон Ома, выражающийся формулой:
, (2.3)
где – напряжение (падение напряжения) – физическая величина, численно равная работе электростатических и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль участка цепи:
или
,
где – разность потенциалов на участке 1–2; – э.д.с. на этом участке (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Неоднородный участок цепи
Единицей напряжения в СИ является вольт:
.
Для однородного участка цепи, не содержащего источника тока, напряжение равно разности потенциалов на концах этого участка:
. (2.4)
Для замкнутой цепи ,разность потенциалов равна нулю и, следовательно, закон Ома примет вид
. (2.5)
Здесь под следует понимать полное сопротивление цепи, включая и внутреннее сопротивление источника.
Сопротивление металлического проводника пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения:
. (2.6)
Проводник, сопротивление которого определяется выражением (2.6), иногда называется резистором.
Величина называется удельным сопротивлением вещества, из которого изготовлен проводник. В СИ сопротивление измеряется в омах. Ом – это сопротивление проводника, ток в котором равен одному амперу, если на концах его поддерживается разность потенциалов в 1 В:
.
Единицей измерения удельного сопротивления в СИ служит Ом∙м:
.
В довольно широком интервале температур, далеких от абсолютного нуля, удельное сопротивление металлических проводников является линейной функцией температуры:
.
Разветвленные цепи рассчитываются с помощью двух правил Кирхгофа. Первое правило касается узлов цепи. Узлом называется точка цепи, в которой сходится более двух проводников. Ток, текущий к узлу, считается положительным, текущий от узла – отрицательным. Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:
Второе правило Кирхгофа касается замкнутых контуров разветвленной цепи: алгебраическая сумма падений напряжений на сопротивлениях замкнутого контура цепи равна алгебраической сумме действующих в контуре э.д.с.:
.
Для определения знаков напряжений и э.д.с. в алгебраических суммах предварительно выбирается направление обхода контура. Знак напряжения на данном участке контура берется положительным, если направление тока на этом участке совпадает с направлением обхода, а знак э.д.с. берется положительным, если в направлении обхода потенциал повышается.
Сопротивления могут соединяться последовательно или параллельно. Из правил Кирхгофа следует, что при последовательном соединении проводников полное сопротивление равно сумме сопротивлений:
. (2.7)
При параллельном соединении проводников справедливо соотношение:
. (2.8)