Контрольные вопросы

1. Описать характеристики электростатического поля.

2. Как связаны между собой напряженность и потенциал электростатического поля?

3. Какие поверхности называются эквипотенциальными?

4. Докажите, что силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

5. Расскажите, как построить семейство силовых линий.

Лабораторная работа №32 Определение сопротивлений методом мостика Уитстона

Цель работы: Освоить один из методов измерения сопротивления моста. Определить сопротивления двух проводников, а затем их общее сопротивление при последовательном и параллельном соединениях.

Оборудование: Стационарная установка с проводником неизвестного сопротивления. Мост постоянного тока.

Теоретическое введение

Мостик Уотстона предназначен для измерения сопротивлений. Он представляет собой электрическую цепь, состоящую из реохорда АВ и двух сопротивлений известного R и неизвестного R_x (рисунок 1).

Реохорд представляет собой укрепленную на линейке калиброванную проволоку, вдоль которой может перемещаться скользящий контакт D.

При замыкании ключаSA гальванометр покажет наличие тока на участке СD; однако, можно найти такое положение контакта D, при котором потенциалы точек С и D будут равным . Тогда ток через гальванометр не пойдет

Рисунок 1

(I_д=0). Такое положение называется равновесием моста.

Выведем условие равновесия моста. При I_д=0 в точках С и D не будет происходить разветвление токов, следовательно, будут выполняться условия:

I_x=I (1)

I₁=I₂ (2)

C другой стороны, т.к. потенциалы точек С и D равны, то разность потенциалов между точками А и С и А иD будет одинаковыми; аналогично и для точек С и В. Эти участки цепи не содержат ЭДС, т.е. являются однородными, а, следовательно, на этих участках разность потенциалов совпадает с напряжением. Поэтому можно записать следующие уравнения:

или (3)

или (4)

Разделив уравнения (3) на (4) и используя равенства (1) и (2), получим

; ;, (5)

где R₁ и R₂ – сопротивления плеч реохорда.

Кроме того, проволока реохорда однородна по материалу и сечению, поэтому, учитывая зависимость и, можно заменить отношение сопротивлений отношением длин. Тогда формула (5) переписывается в виде

(6)

Это и будет расчетная формула в работе.

Лабораторная установка и метод измерений

В качестве неизвестного сопротивления в работе используется натянутый провод в стационарной установке (рисунок 1) с клеммами-выводами «а», «в», «с». В этой установке 1 – основание прибора; 2,3 – колонна со шпалой; 4 – неподвижный кронштейн; 5- подвижный кронштейн; 6 – проводник; R_x1, R_x2 – неизвестные сопротивления.

Рисунок 2

Подвижный кронштейн делит провод на два сопротивления, величины которых необходимо определить. Включение клемм показано на рисунках 3 и 4: к клеммам «ав» подключается первое сопротивление, «вс» - второе сопротивление, при последовательном соединении сопротивлений клеммы «ас», а при параллельном - клеммы «ас»/»в».

Рисунок 3 Рисунок 4

представлено в мосте пяти-декадным магазином сопротивления, используемого в качестве плеча сравнения. R₁, R₂ – плечи отношения моста, соотношения которых может меняться шестым декадным

Рисунок 5

переключателем “№” (рисунок 6). На этом переключателе установлено одиннадцать резисторов, которые соединены последовательно и образуют «плечи отношения» моста. Мы будем работать на трех положениях: 1; 1:4; 10. расположение зажимов и переключателей управления моста показано на рисунке 6. Неизвестное сопротивление моста достигается при равенстве отношений сопротивлений , откуда.

При равновесии стрелка гальванометра PG – устанавливается на нуль.