Измерение удельного сопротивления провода Цель работы: 1. Измерение сопротивления провода

2.Определение материала, из которого изготовлен провод

В результате выполнения лабораторной работы студент должен:

знать: - классификацию и области применения проводниковых материалов;

- косвенные методы измерения сопротивления

уметь: - производить измерения тока и напряжения

- определять удельное сопротивление провода

Оборудование: лабораторный стенд, образец проводника

Краткие теоретические сведения

Во всех элементах электрическое цепи происходит преобразование энергии, т.е. элементы цепи обладают сопротивлением электрическому току. Величина обратная проводимости называется сопротивлением и обозначается буквой R.

Сопротивлением R =1 Ом обладает проводник, по которому протекает ток

I= 1А, при напряжении U =1 В.

Под удельным сопротивлением понимаем величину, численно равную, электрическому сопротивлению R провода длиной l = 1м, при поперечном сечении S=1 мм², при температуре +20`С.

; где

– удельное сопротивление провода, Ом×мм²/м

S –сечение провода, мм²,

R – электрическое сопротивление провода , Ом,

l – длина провода, м.

Значения удельных сопротивлений для основных проводниковых материалов приведены в таблице 21.1

Таблица 21.1

Материал проводника	Удельное сопротивление
	Ом×мм2/м
Алюминий	0,029
Бронза	0,021-0,4
Вольфрам	0,056
Железо	0,13-0,3
Константан	0,4-0,51
Латунь	0,07-0,08
Манганин	0,42
Медь	0,0175
Нихром	1,1
Сталь	0,13-0,25

Порядок проведения работы

Задание

Определить материал проводника по удельному сопротивлению.

П орядок выполнения эксперимента

Рис. 21.1

• Собрать электрическую цепь по схеме на рис.21.1

• Измерить ток и напряжение на зажимах испытуемого провода

• По закону Ома определить его сопротивление.

• По полученным данным определить удельное сопротивление провода.

• Показания приборов и результаты измерений записать в таблицу 21.2

• По удельному сопротивлению, используя таблицу 21.1, определить материал провода.

Таблица 21.2

Измерения				Расчёт
	d	U	I	S	R		Материал провода
м	мм	В	А	мм2	Ом	Ом×мм2/м

Контрольные вопросы

1. Что называется электрическим сопротивлением?

2. Что называется удельным сопротивлением

3. Как определить электрическое сопротивление проводника?

4. От чего зависит удельное сопротивление?

5. Где применяются проводниковые материалы из меди, латуни, нихрома и константана?

6. Какой проводник длиннее, и во сколько раз, из меди или нихрома, если сечение и сопротивление их одинаково?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 22

Определение коэффициента магнитной связи

между катушками

Цель работы: 1. Определение коэффициента магнитной связи катушек

с различными сердечниками.

В результате выполнения лабораторной работы студент должен:

знать: - устройство и принцип действия трансформатора

уметь: - производить измерения тока и напряжения при помощи мульти

метра;

Оборудование: лабораторный стенд.

Краткие теоретические сведения

Трансформатор состоит из двух или большего числа катушек (обмоток), магнитная связь между которыми обеспечивается с помощью ферромагнитного сердечника.

Трансформаторы используются для преобразования и согласования напряжений, токов и сопротивлений, а также для развязывания электрических цепей (гальваническая раз­вязка).

В идеальном трансформаторе потребляемая им мощность равна мощности, отда­ваемой в нагрузку. В реальности, однако, имеют место потери мощности в меди обмо­ток (в омических сопротивлениях обмоток) и в сердечнике трансформатора, поэтому резистору нагрузки отдается только часть потребляемой трансформатором мощности.

Коэффициент магнитной связи. Чтобы обеспечить требуемую магнитную связь между первичной и вторичной об­мотками трансформатора, их помещают на общем сердечнике (рис. 22.1).

Рис. 22.1

Когда по первичной обмотке W₁ протекает ток I₁, то большая часть создаваемого им магнитного потока Ф₀ сцепляется также и с витками вторичной катушки W₂. Одна­ко часть создаваемого первой катушкой потока Фs замыкается минуя вторую катушку. Эта часть потока называется потоком рассеяния.

Отношение

К_СВ = Ф₀ / (Ф₀+ Фs)

называется коэффициентом магнитной связи. Его можно выразить через напряжения U₁ и U₂ при холостом ходе и число витков:

В идеальном трансформаторе коэффициент связи стремится к единице, однако равным или больше единицы он быть не может.

Во избежание искажения сигналов при их трансформировании и для исключения преждевременного магнитного насыщения материала сердечника постоянным током иногда в сердечнике создают зазор из неферромагнитного материала. Но тогда коэф­фициент связи уменьшается.

Порядок проведения работы

Задание

Измеряя напряжения, определите коэффициент магнитной связи между катушками

• при наличии замкнутого сердечника;

• при наличии сердечника с зазором;

• при наличии половины сердечника;

• при отсутствии сердечника

Порядок выполнения эксперимента

• Подсоедините источник синусоидального напряжения к выводам первичной обмот­ки согласно схеме (рис. 22.3) и установите напряжение U₁ = 6..7 В, f = 1 кГц.

• Разместите первичную и вторичную катушки, имеющие по 900 витков каждая, на разъемном сердечнике, состоящем из двух половин, как показано на рис. 22.2.

Рис. 22.2.

Рис. 22.3

• Измерьте мультиметром первичное и вторичное напряжения и занесите результат в таблицу 22.1 (строка «При наличии замкнутого сердечника»). Вычислите Ксв.

Таблица 22.1

	U1;в	U2, в	Ксв = U2/U1
При наличии замкнутого сердечника
При наличии сердечника с воздушным зазором
При наличии половины сердечника
При отсутствии сердечника

• Для образования зазора в магнитопроводе поместите квадратики плотной бумаги между верхней и нижней половинами разъемного сердечника и повторите опыт.

• Удалите одну подкову разъемного сердечника и снова повторите измерения.

• Удалите сердечник полностью и заполните последнюю строку табл. 22.1.

Контрольные вопросы

1. Что называется трансформатором?

2. Устройство трансформатора.

3. Что такое магнитная связь?

4. Почему изменяется вторичное напряжение?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 23

Определение коэффициента трансформации

Цель работы: 1. Определение коэффициента трансформации в режимах

холостого хода и короткого замыкания.

В результате выполнения лабораторной работы студент должен:

знать: - устройство и принцип действия трансформатора

уметь: - производить измерения тока и напряжения при помощи мульти

метра;

Оборудование: лабораторный стенд.

Краткие теоретические сведения

Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки трансформатора называют коэффициентом трансформации. Отношение чисел витков соответствует отношению первичного напряжения к вторичному при отсутствии на­грузки (холостом ходе) трансформатора и отношению вторичного тока к первичному при коротком замыкании.

В идеальном трансформаторе (т.е. при отсутствии потерь, при Ксв—>1 и бесконечно больших индуктивностях обмоток Li и L2) при любой нагрузке выполняется условие:

K_Tp=Wi/W₂=Ui/U2 = I₂/Ii

Порядок проведения работы

Задание

Измеряя напряжения и токи, определите коэффициенты трансформации при раз­личных числах витков обмоток.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите первичную (300 витков) и вторичную (100 витков) обмотки на разъемном сердечнике, как показано на рис. 23.1.

Рис. 23.1

• Подключите источник питания к выводам первичной обмотки согласно рис. 23.2 и установите синусоидальное напряжение U₁ = 6 В, f = 1 кГц.

Рис. 23.2

• Измерьте вторичные напряжения U₂ на выводах вторичных обмоток с числами вит­ков 100, 300 и 900 при холостом ходе. Занесите результаты в таблицу 23.1.

Таблица 23.1

W1	W2	U1, В	U2, В	Ктр
300	100	6
300	300	6
300	900	6

• Вычислите значения коэффициента трансформации по формуле K_тр=U₁/U₂

• Проделайте опыт короткого замыкания, измерив первичные и вторичные токи при числах витков вторичной обмотки 100, 300 и 900, как показано на рис. 23.3 и зане­сите результаты измерений в таблицу 23.2. Ток I₁ следует поддерживать неизмен­ным, равным 50 мА.

Рис.23.3

Таблица 23.2

W1	W2	I1, мА	I2, мА	Ктр
300	100	50
300	300	50
300	900	50

Контрольные вопросы

1. Что называется коэффициентом трансформации?

2. Какой трансформатор называют идеальным?

3. Параметры режима холостого хода трансформатора.

4. Параметры опыта короткого замыкания трансформатора.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 24

Преобразование сопротивлений с помощью трансформатора

Цель работы: 1. Определение зависимости входного сопротивления трансформатора от нагрузки.

В результате выполнения лабораторной работы студент должен:

знать: - устройство и принцип действия трансформатора

уметь: - производить измерения тока и напряжения при помощи мульти

метра;

Оборудование: лабораторный стенд.

Краткие теоретические сведения

Когда трансформатор ненагружен (холостой ход), отношение первичного напряже­ния к вторичному приблизительно равно отношению чисел витков первичной и вто­ричной обмоток. Коэффициент трансформации

Kтр =U₁/U₂ = W₁/W₂.

При нагрузке имеет место ток I₂ в нагрузочном резисторе R_h, подключенном к вы­водам вторичной обмотки. Этот ток вызывает появление соответствующего тока в пер­вичной обмотке

I₁ = I₂ / K_тр

Через первичные напряжение и ток можно найти входное сопротивление транс­форматора

R_bx=U₁/I₁.

Нагрузочное сопротивление можно определить как

R_H = U₂/I₂. Взяв отношение сопротивлений, получаем

R_bx / R_h = (U₁ / I₁) / (U₂ /I₂) = (Ktp)²

или

R_bx = R_h × (Ktp)²

Это означает, что сопротивление нагрузки R_H преобразуется к первичной стороне трансформатора. В реальном трансформаторе, если учесть сопротивление обмоток, по­лучается R_bx несколько больше, чем R_h× (Ktp)².