- •Министерство образования и науки
- •Ббк 22.33я73
- •Предисловие
- •Лабораторная работа № 1 Изучение электростатического поля
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 Шунты и дополнительные сопротивления
- •Введение
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Измерение электроемкости конденсаторов
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Измерение сопротивления проводников
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Изучение зависимости мощности источника тока от сопротивления нагрузки
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 Изучение процессов заряда и разряда конденсатора
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7 Определение заряда электрона
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8 Изучение эффекта Зеебека
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 9 Изучение температурной зависимости электропроводности германия
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 10 Изучение свойств полупроводникового диода
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 11 Определение горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 Изучение магнитного гистерезиса
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 13 Изучение затухающих электромагнитных колебаний
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14 Изучение закона Ома для цепей переменного тока
- •Введение
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15 Изучение вынужденных колебаний и резонанса в цепи переменного тока
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
- •Приложения
- •Табличные значения некоторых физических величин
- •Условные обозначения на шкалах приборов
- •Определение погрешности измерения, проведенного с помощью электрического прибора
- •Принцип действия некоторых электроизмерительных приборов Измерительный механизм магнитоэлектрической системы
- •Измерительный механизм электромагнитной системы
- •Измерительный механизм электродинамической системы
- •Электростатические приборы
- •Оглавление
- •Общая и экспериментальная
Контрольные вопросы
Какие поля называются электростатическими? В чем состоит их основное свойство?
Что такое напряженность электрического поля? В каких единицах измеряется напряженность в СИ?
Дайте определение потенциала данной точки поля и разности потенциалов двух точек поля. Каковы их единицы измерения?
По каким формулам вычисляются модуль напряженности и потенциал поля точечного заряда?
Какова связь между напряженностью и потенциалом?
Дайте понятие силовой линии электростатического поля и эквипотенциальной поверхности. Каково взаимное расположение силовых линий и эквипотенциальных поверхностей?
Чему равна работа электрического поля при перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности?
Опишите, что происходит, когда в электростатическое поле помещается проводящее тело. Как распределяются наведенные заряды на проводнике сложной формы?
Как осуществляется моделирование электростатического поля в данной работе? Как находятся точки, принадлежащие эквипотенциальным линиям моделируемого поля?
Лабораторная работа № 2 Шунты и дополнительные сопротивления
Цель работы: расчет шунта и дополнительного сопротивления к электроизмерительным приборам, проверка правильности их показаний.
Приборы и принадлежности: миллиамперметр Д533 на 50 мА, миллиамперметр на 200 мА, вольтметр М109/1 на 0,3 В, вольтметр М45 на 3 В, магазин сопротивлений, выпрямитель УНИП-7А, реостат на 1000 Ом, соединительные провода.
Литература: [1], § 2.1-2.2, 2.4; [4], § 77; [5], § 31-34; [6], § 51; [7], § 96, 98, 100.
Введение
В практике электрических измерений нередко возникает ситуация, когда имеющийся в наличии прибор не позволяет определить силу тока или напряжение на участке цепи, поскольку верхний его предел меньше соответствующих параметров в исследуемой цепи. Расширить пределы измерений электрических приборов позволяет прием, основанный на использовании шунтов и дополнительных сопротивлений. Более того, при использовании этого приема один и тот же электроизмерительный прибор может быть использован в качестве, как амперметра, так и вольтметра с требуемой ценой деления.
Легко показать, что для расширения пределов измерения амперметра в n раз, к нему следует подключить параллельно шунт, сопротивление которого вычисляется по формуле
(1)
где R0 - собственное сопротивление прибора.
Аналогично для того, чтобы в n раз увеличить предел измерения (и цену деления) вольтметра к нему следует подключить последовательно резистор, сопротивление которого вычисляется по формуле
(2)
Измерения и обработка результатов
Упражнение 1. Обоснование метода расширения пределов измерения электроизмерительных приборов с помощью шунтов и дополнительных сопротивлений.
На рис. 1 приведена схема цепи, в которой измерение силы тока производится амперметром с шунтом. Пусть гдеn – произвольное число, большее единицы. Покажите, что в таком случае I = n·IA.
Рис. 1 Рис. 2
На рис. 2 приведена схема цепи, в которой измерение напряжения U на резисторе производится вольтметром с дополнительным сопротивлением. Пусть отсчет по прибору равен Uo, и Докажите, чтоU = n·U0
Упражнение 2. Расчет шунта к миллиамперметру и проверка правильности показаний прибора.
В данном упражнении используется миллиамперметр с пределом измерения 50 мА. На шкале прибора указано его внутреннее сопротивление.
Определите цену деления шкалы миллиамперметра. Рассчитайте сопротивление шунта Rш, при котором цена деления и соответственно предел измерения миллиамперметра увеличатся в 2 – 4 раза (по заданию преподавателя).
В качестве шунта используйте магазин сопротивлений. Наберите на нем сопротивление, равное Rш, и подключите к миллиамперметру. Примите во внимание, что Вы получили прибор для измерения силы тока, цена деления которого X увеличена в n раз. Вычислите цену деления прибора с шунтом (в мА/дел.).
Измерьте с помощью данного прибора силу тока в цепи, схема которой приведена на рис. 3. В качестве источника постоянного тока используйте выпрямитель, установив на нем режим регулируемого напряжения в пределах от 10 до 20 В. Нагрузочным сопротивлением в цепи является реостат на 1000 Ом. Второй миллиамперметр играет роль контрольного прибора.
Рис. 3
Включите выпрямитель и с помощью реостата установите по контрольному прибору силу тока Iк в цепи 100 – 150 мА. Запишите значение Iк и приборную погрешность . Затем снимите показания (I) прибора с шунтом (с учетом его новой цены деления!). Сравните результаты измерений.
Результаты вычислений и измерений занесите в табл. 1:
Таблица 1
X0, мА/дел. |
n |
Ro |
Rш |
Х, мА/дел. |
I |
Iк±ΔI |
|
|
|
|
|
|
|
Упражнение 3. Расчет дополнительного сопротивления к вольтметру.
В данном упражнении используется вольтметр М109/1 с пределом измерения 0,3 В. Определите с помощью авометра его внутреннее сопротивление Ro и вычислите цену деления шкалы прибора X0. По формуле (2) рассчитайте величину дополнительного сопротивления, увеличивающего цену деления вольтметра в 5 – 10 раз (по заданию преподавателя). Наберите на магазине сопротивлений сопротивление, равное , и подключите магазин последовательно к прибору. Определите ожидаемую цену деления X построенного таким образом вольтметра в В/дел.
Для проверки достоверности результатов измерений с помощью данного вольтметра соберите цепь по схеме, приведенной на рис. 4. Здесь вольтметр V2 (типа М45) играет роль контрольного прибора. Выпрямитель установите в режим регулируемого напряжения в пределах от 0 до 10 В.
Рис. 4
Перемещая ползунок реостата, найдите такое его положение, при котором отклонение стрелки исследуемого вольтметра будет составлять более половины его шкалы. Запишите показания Uк контрольного вольтметра с учетом приборной погрешности Затем снимите показания исследуемого прибора (принимая во внимание его новую цену деления!). Сравните результаты измерений.
Таблица 1
X0, В/дел. |
n |
Ro |
Rд |
X, В/дел. |
U |
Uк±ΔU |
|
|
|
|
|
|
|