Описание экспериментальной установки

В установке (рис. 3) имеются четыре участка электрической цепи, которые с помощью восьми клемм выведены на лицевую панель макета. Каждый такой участок цепи содержит один источник ЭДС и один резистор. Величины сопротивлений резисторов указаны на макете. С помощью соединительных проводов можно собирать различные электрические схемы, два варианта которых изображены на лицевой панели макета. Миллиамперметр предназначен для измерения силы тока на каждом участке цепи. Выбор участка цепи, в которой производится измерение силы тока, осуществляется с помощью позиционного переключателя «Участок цепи». Также на лицевой панели макета установлен тумблер «Сеть».

Любой монтаж должен осуществляться только при отключенном от сети макете.

Проведение измерений

1. Определение эдс источников тока участков цепи

1. Перед началом проведения измерений убедиться, что к клеммам участков цепи ничего не подключено. Тогда каждый участок цепи оказывается «разорванным» и по нему электрический ток не протекает, в чём можно убедиться по нулевым показаниям миллиамперметра при переключении переключателя «Участок цепи».

2 . С помощью проводов соединяют клеммы каждого участка цепи (рис. 4). Теперь в каждой цепи протекает электрический ток, в чём можно убедиться, переключая переключатель «Участок цепи». Для определения ЭДС воспользуемся законом Ома для неоднородного участка цепи:

здесь - сила тока, и - потенциалы клемм, - сопротивление участка цепи. Поскольку клеммы соединены проводником, то их потенциалы равны.

Определяем величины ЭДС источников тока каждого участка цепи.

2. Проверка первого закона Кирхгофа

1. По указанию преподавателя с помощью проводов собирают разветвленную электрическую цепь. Включение макета производится только после проверки правильности монтажа схемы преподавателем.

2. Ее схему вычерчивают на листке тетради, указывая величину сопротивления R каждого резистора и направление электрического тока на каждом участке цепи.

3. Производят измерения величин токов на каждом участке цепи. Считая токи, втекающие в узел, положительными, а вытекающие отрицательными, проверяют выполнение первого закона Кирхгофа.

3. Проверка второго закона Кирхгофа

1. В собранной схеме выделяют все возможные замкнутые контуры, задают направление обхода и с учётом направлений токов на каждом участке цепи и знаков ЭДС записывают все уравнения по второму закону Кирхгофа. Из составленных уравнений отбрасывают те уравнения, которые являются линейной суперпозицией остальных.

2. В полученные уравнения подставляют значения токов, ЭДС и сопротивлений и, проведя вычисления, убеждаются, что левая и правая части каждого уравнения равны, что и свидетельствует о выполнении закона.

Погрешность измерений

ПЕРВЫЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ. Определяют относительное различие, расхождение числовых значений левой и правой частей теоретического равенства. При проверке первого закона Кирхгофа находят

%.

При проверке второго закона Кирхгофа находят

%

В знаменателях этих формул стоят средние значения двух срав­ниваемых величин. Если расхождения не выходят за рамки 5 ...10 %. проведенный эксперимент считают удовлетворительным.

ВТОРОЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ. В этом способе, более де­тальном, учитываются погрешности величин R, E, I.

Относительная погрешность сопротивлений для всех резисторов 5%.

Класс точности миллиамперметра указан на самом приборе. Определяем абсолютную погрешность каждого значения силы тока и ЭДС источников.

Например, при проверке первого закона Кирхгофа, получили:

, .

Вычисленные абсолютные погрешности, допустим, полу­чились такими:

мА, мА, мА, мА.

Значит,

мА; мА

Эти интервалы наносят на числовую ось (рис. 5), они перекрываются примерно на половину (0,3) общей своей ширины, равной 5,2 - 4,5 = 0,7. Это означает вполне удов­летворительное подтверждение первого закона Кирхгофа в про­веденном эксперименте.

Аналогично поступают и при проверке второго закона Кирхгофа: представляют и в виде числовых интервалов и оценивают их перекрытие.

Значительное перекрытие интервалов, свидетельствует о минимизации ошибок, внесенных при измерениях, и иллюстри­рует графически подтверждение законов Кирхгофа.