1.3. Описание лабораторной установки

С хема, изображенная на Рис. 1.3, применяется для проверки закона Ома и определения сопротивления как одиночных, так и последовательно или параллельно соединенных проводников.

Схема питается от батареи . Сила тока в цепи регулируется реостатом со скользящим контактом. Между точками a и b с помощью переключателя П поочередно включают сопротивления , , а затем эти же сопротивления, соединенные между собой последовательно (обозначено как ), или параллельно (обозначено как ).

С хема для проверки правил Кирхгофа представлена на Рис. 1.4.

Здесь и – батареи; – амперметры; – однополюсные рубильники; – сопротивления.

1.4. Вопросы для самопроверки

1. Что такое электрический ток?

2. В чем заключается закон Ома?

3. Сформулировать правила Кирхгофа и применить их для расчета разветвленной цепи.

4. Правила включения в цепь амперметра и вольтметра.

1.5. Порядок проведения лабораторной работы Проверка закона Ома

В схеме, представленной на рис 1.3, между точками a и b включены сопротивления и . Переводя переключатель П в положения 1, 2, 3, 4, можно включить эти сопротивления порознь, а также соединенными последовательно и параллельно. По показаниям вольтметра и амперметра при нескольких значениях силы тока и разности потенциалов определить по формуле (1.1) сопротивления и установить, учитывая отношения (1.2) и (1.3), какие из них соответствуют последовательному и параллельному соединению сопротивлений и .

Проверка правил Кирхгофа

В разветвленной цепи схемы (Рис. 1.4) замкнуть рубильники и .

Зафиксировать показания амперметров и определить направления токов на участках цепи (по знакам на зажимах приборов) и направления ЭДС и .

Для узла «а» проверить справедливость первого правила Кирхгофа (1.4).

Для контуров , и проверить справедливость второго правила Кирхгофа (1.5)

При составлении второго правила Кирхгофа должны быть учтены сопротивления амперметров. Эти сопротивления указаны на приборах.

1.6. Обработка результатов эксперимента

Данные, полученные при выполнении первой части работы (проверка закона Ома), занести в табл. 1.1.

При выполнении второй части работы по полученным значениям сил токов и определить их направления и указать их на схеме в тетради (см. Рис. 1.4).

Рассчитать ЭДС источников тока и , составив уравнения по второму правилу Кирхгофа для замкнутых контуров и . Затем составить уравнение для контура и убедиться в справедливости второго правила Кирхгофа.

Таблица 1.1

Положение переключателя
I
II
III
IV

1.7. Оформление отчета

Отчет должен содержать следующие данные: цель работы, основные положения, рабочие схемы (см. Рис. 1.3 и 1.4), заполненную таблицу 1.1, расчет сопротивлений при четырех положениях переключателя и расчет их средних значений, проверку справедливости первого и второго правил Кирхгофа, выводы по работе.

Литература: [1], с. 138 – 139, 141 – 143; [2], с. 104 – 110.

Лабораторная работа Э-2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС ИСТОЧНИКА МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

2.1. Цель работы

Определение электродвижущей силы источника постоянного тока и его внутреннего сопротивления.

2.2. Общие положения

Электродвижущей силой (ЭДС) источника постоянного тока называют величину, численно равную работе сторонних сил по одноразовому перемещению единичного положительного заряда внутри источника тока от «–» к «+». Разность потенциалов между полюсами источника тока равна его ЭДС только в том случае, когда источник разомкнут, либо когда ток в нем скомпенсирован с помощью другого источника. Если же через источник протекает ток , то согласно закону Ома

, (2.1)

Произведение отражает падение потенциала или напряжения на внешнем участке цепи. Обозначим его через , а – падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника – через . Тогда ЭДС источника будет равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи, т.е.

. (2.2)

При измерениях вольтметром мы измеряем лишь падение напряжения на внешнем участке цепи, что не дает возможности определить ЭДС с большой точностью. Кроме того, сам вольтметр имеет ограниченную точность. Если необходимо точное измерение ЭДС, применяют метод компенсации, в котором необходимо иметь элемент, ЭДС которого известна с большой точностью и не меняется со временем (нормальный элемент или элемент Вестона).

ЭДС элемента Вестона при температуре 20°С равна 1,0183 В. Однако постоянная ЭДС нормального элемента сохраняется только при отсутствии в нем тока или при токе, близком к нулю. При прохождении тока через такой элемент в нем может возникнуть ЭДС поляризации, которая изменит основную. Необходимо также учитывать, что ЭДС элемента равна разности потенциалов на его полюсах только при отсутствии тока через элемент. Поэтому при сравнении ЭДС неизвестного источника с ЭДС нормального элемента, последний надо поставить в такие условия, чтобы протекающий через него ток равнялся нулю. Это достигается методом компенсации.