Studbooks net рефераты, курсовые, дипломные - файл

скачать (97.3 kb.)


Studlancer.net - закажи реферат, курсовую, диплом!

Министерство высшего и среднего специального образования республики Узбекистан

Ташкентский химико-технологический институт

Кафедра «физика и электротехника»

В.Х. Бурханов, И.Т. Бозоров



Лабораторная работа

Тема: определение сопротивления проводника с помощью мостика постоянного тока

Принадлежности: реохорд, источник постоянного тока, гальванометр, магазин сопротивлений, набор исследуемых сопротивлений.

Теоретическое введение

В проводниках первого рода (металлах) при наличии электрического поля происходит упорядоченное движение свободных электронов между ионами кристаллической решетки. Это направленное движение электронов называют электрическим током .

Электрический ток в проводнике называется также током проводимости, который характеризуется величиной, называемой силой тока.

Сила тока – это скалярная величина, численно равная электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени; если за время , проходит заряд , то

ток сила сопротивление проводник

. (1)
Если сила тока и его направление не изменяются с течением времени, ток называется постоянным. Единица силы тока–“ампер”. В системе СИ “ампер” является основной единицей и определение ее можно получить из закона взаимодействия двух параллельных бесконечно длинных проводников с током. “Ампер” (1А) – сила постоянного тока, который, протекая по двум бесконечно длинным параллельным прямолинейным проводникам малого сечения, расположенных на расстоянии 1м один от другого в вакууме, вызывает между этим проводниками силу, равную 2.10-7 Н на 1 м длины.

За единицу электрического заряда в системе СИ принимается “кулон”: 1Кл=1 A∙c. Ток в проводниках возникает только в тех случаях, если в них имеются области, находящиеся при разных потенциалах. Возникающий при этом ток протекает до тех пор, пока потенциалы частей проводника не выравниваются. Сила тока, по закону Ома равна



, (2)
здесь ( )–разность потенциалов на концах участка проводника; – величина, характеризующая данный участок проводника и называемая сопротивлением. Согласно классической электронной теории, движение свободных электрических зарядов, создающее электрический ток, не происходит беспрепятственно. В металлических проводниках электроны проводимости сталкиваются с ионами, совершающими тепловые колебания около своих положений равновесия, теряют скорость упорядоченного движения и отдают этим частицам свою кинетическую энергию. Затем электроны снова разгоняются электрическим полем, снова сталкиваются с ионами и т.д. Вследствие этого уменьшается сила тока в проводниках. Сопротивлением проводника называют физическую величину, характеризующую свойство проводника затруднять прохождение тока. Сопротивление зависит от материала проводника, его длины, поперечного сечения и температуры:
, (3)
здесь - удельное сопротивление проводника.

Единицу сопротивления можно определить по закону Ома. За единицу сопротивления в системе СИ принимают 1Ом, т.е. сопротивление такого проводника, по которому течет ток в 1А, если на его концах поддерживать напряжение в 1В.

Для измерения сопротивления проводников существуют различные методы. Одним из них является метод измерения сопротивления проводника при помощи амперметра и вольтметра. Но точность определения сопротивления по этому методу невелика.

Для более точного измерения сопротивлений употребляют метод сравнения сопротивлений, не требующий измерений тока и напряжения. Этот метод называется методом мостика постоянного тока (мостика Уитстона). Принципиальная схема мостика Уитстона показана на рис. 1. Измеряемое сопротивление и три других переменных сопротивления включают так, чтобы они образовали замкнутый четырехугольник . В одну диагональ четырехугольника включают микроамперметр либо гальванометр; этот участок и представляет собой «мостик». В другую диагональ через ключ подключают источник тока E. При замыкании ключа , гальванометр в участке покажет наличие тока, но можно подобрать сопротивления, , , и так, чтобы потенциалы точек и были равны. В этом случае гальванометр регистрирует отсутствие тока. Положение, при котором потенциалы точек равны, т.е. , определяет равновесие мостика. При равновесии разность потенциалов на участке равна разности потенциалов на участке т.е.



и соответственно (4)
.
Выражения (4), пользуясь законом Ома, можно заменить на следующие и , здесь в случае , имеем , а . Разделив почленно первое равенство на второе, получим:
. (5)
Таким образом, зная сопротивления , и , можно по формуле (5) найти неизвестное сопротивление .

Рис. 1
Формулу (5) можно вывести, исходя из законов Кирхгофа. Первый закон Кирхгофа формулируется следующим образом: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю; причем токи, подходящие к узлу, берутся со знаком "+", а отходящие от узла берутся со знаком "–":


. (6)

Рис. 2


Формулу (6), для случая представленного на рис. 2, можно записать в виде:

Узлом называется точка, в которой сходится не менее трех проводников ( ). Второй закон Кирхгофа относится к замкнутым контурам, выбранным в сложной цепи. Для применения второго закона Кирхгофа предварительно выбирают направление обхода контура.

Если выбранное направление обхода контура совпадает с направлением тока в некотором сопротивлении , то произведение берется со законом "+", а при наличии э.д.с. в контуре, она берется со знаком "+", если потенциал повышается в направлении обхода, т.е. если при обходе мы "встречаем" сначала "минус", а затем "плюс" элемента, в противных случаях и E берутся со знаком "минус". Второй закон Кирхгофа можно записать в виде следующего выражения:


E (7)
Следовательно, для любого замкнутого контура сумма падений напряжений равна сумме электродвижущих сил источников тока в этом контуре. Применяя 1-ый закон Кирхгофа к узлам нашей схемы (рис.3), т.е. для точек получим:
(для точки );

(для точки ); (8)

(для точки ).

Применим второй закон Кирхгофа для контуров АБДА:


IХRХ + IGRG - I1R1 = 0

и ВСДВ: (9)

I0R0 + I2R2 – IGRG = 0.

Рис. 3
Чтобы получить формулу (5), исходя законов Кирхгофа, учтем, что ток через гальванометр IG =0. Тогда из второго и третьего уравнений системы (8) получим:


IХ =I0, I1 =I2, (10)
а из системы уравнений (9) имеем
IХRХ = I1R1, I0R0 = I2R2 (11)
окончательно из уравнений (10) и (11) получим:
или ,

т.е. для имеем то же выражение, что и формуле (5).

В настоящей работе мостик Уитстона (рис. 3) состоит из реохорда и двух сопротивлений, включенных в его плечи, а также микроамперметра (или гальванометра). Реохорд представляет собой укрепленную на линейке однородную проволоку, вдоль которой может перемещаться скользящий контакт .

Сопротивления плечей и , согласно выражению (3), пропорциональны длинам реохорда l1 (АД) и l2 (ВС) т.е.


,
Тогда формула (5) преобразуется к виду

В качестве берется сопротивление магазина сопротивлений, а l1 и l2 определяются по реохорду, при равновесии мостика . Ошибки при измерении будут минимальны, если плечи l1 и l2 мало отличаются друг от друга.

Порядок выполнения работы

Изучить схему. Подключить одно из неизвестных сопротивлений.

Помещая подвижной контакт посередине проволоки реохорда, подбирают сопротивление магазина сопротивлений так, чтобы ток в микроамперметре примерно был равен нулю.

Путем небольшого передвижения контакта , окончательно установить стрелку микроамперметр на нулевое деление и затем произвести определение плеч реохорда l1 и l2.

Опыт повторяют три раза, передвигая движок вправо и влево от середины на расстояние не более 10 см. За окончательный результат берут среднее значение.

Точно так же определяют второе неизвестное сопротивление.

Затем определяют общее сопротивление при последовательном и параллельном соединениях сопротивлений RХ1 и RХ2, согласно формуле (5).

Сравнивают результаты, полученные из опыта со значениями, вычисленными по формулам:
(для последовательного включения) и

(для параллельного соединения сопротивлений).
Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу.
Таблица 1


Сопротивление



R0

l1

l2



∆Rх



Rх1

1.

2.




















Rх2

1.

2.




















I и II послед.



1.

2.




















I и II параллельно



1.

2.






















Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации