Выполнение работы

Упражнение 1. Определение интегральную чувствительность термопары.

1. Подготовить потенциометр к работе.

2. Поместить один спай термопары в сосуд со льдом, а другой в сосуд с водой, установленный на нагреватель.

3. Измерить термо-ЭДС перед началом опыта.

4. Включите нагреватель и по мере повышения температуры измеряйте термо-ЭДС, переводя декадные переключатели Г, Д, Е, а при необходимости и В в такие положения, при которых световой указатель гальванометра оставался бы на нуле. Через каждые 10 фиксируйте значения термо-ЭДС и занесите эти значения в таблицу. Нагревание производите до кипения воды (100С).

Таблица

tхол, град	tгор, град	, В	, мкВ/град
1. 2. 3. 4. 5.

5. По результатам опыта постройте графики  = f(t) и определите интегральную чувствительность термопары.

Упражнение 2. Определение температуры отвердевания веществ (парафина).

1. Расплавьте парафин и поместите его под горячий спай термопары.

2. При появлении на поверхности парафина плёнки, измерьте термо-ЭДС. По графику (t) определите t_отв и температуру отвердевания парафина t_отв = t_хол + t_отв.

Контрольные вопросы

1. Каковы причины возникновения внешней и внутренней разности потенциалов?

2. Определите направление тока при T₁ > T₂ и n₁ > n₂.

3. Приведите примеры применения термоэлектричества.

Задания по УИРС

По результатам опыта найдите отношение концентрации свободных электронов в проводниках термопары.

Работа №6

Расширение предела измерения вольтметра

Приборы и принадлежности: исследуемый и эталонный вольтметры, источник тока с регулируемым напряжением, магазин сопротивления, миллиамперметр, соединительные провода.

Теоретическое введение

Часто в практике возникает необходимость расширения пределов измерения вольтметра для того, чтобы им можно было бы измерять более высокое напряжение. Для решения этой задачи необходимо знать внутреннее сопротивление R_B вольтметра.

Например, (см. рис. 1) при включении вольтметра с внутренним сопротивлением R_B на номинальное напряжение U_B через него пройдет ток

(1)

Рис. 1

Для того, чтобы этот же вольтметр можно было включить на более высокое напряжение U, к нему последовательно подключают добавочное сопротивление R_g. При этом величину этого сопротивления выбирают такой, чтобы при полном отклонении стрелки прибора ток, проходящий через вольтметр, остался прежним, т.е.

(2)

Сравнивая равенства (1) и (2) получаем , откуда легко получить формулу для добавочного сопротивления к вольтметру для расширения предела его измерения в раз.

(3)

Выполнение работы

Упражнение 1. Измерение сопротивления исследуемого вольтметра.

В работе исследуется два способа измерения внутреннего сопротивления вольтметра.

А) Метод амперметра и вольтметра. По этому методу последовательно с исследуемым вольтметром включается миллиамперметр, по которому измеряется ток, проходящий через вольтметр при заданном значении напряжения.

Напряжение на вольтметре измеряется эталонным вольтметром PV₂.

Схема соединения приборов показана на рис. 2.

Рис. 2 Рис. 3

В работе рекомендуется произвести измерения тока, проходящего через вольтметр при номинальном значении напряжения и при некоторых других значениях напряжения, измеряемых эталонным вольтметром PV₂.

Внутреннее сопротивление вольтметра определяется по формуле

(подумайте, как она получается!) (4)

Здесь U_эт – показание эталонного вольтметра,

I_B – ток в цепи исследуемого вольтметра,

R_A – сопротивление миллиамперметра (обычно берется по паспортным данным).

При R_A << R_B формула примет вид:

(5)

Б) Метод замещения. При этом методе испытуемый вольтметр заменяют магазином сопротивлений и подбирают сопротивление магазина так, чтобы ток в ветви с испытуемым вольтметром при тех же значениях напряжения по эталонному вольтметру (см. п.А).) остался бы прежним.

Схема соединения приборов показана на рис. 3.

При выполнении упражнения рекомендуется установить в магазине сопротивлений такое сопротивление, которое было бы несколько больше, чем вычисленное значение R_B в п. А), а затем подбирается сопротивление магазина до R = R_B более мелкими ступенями по току.

Результаты измерения сопротивления вольтметра R_B обеими методами заносят в таблицу 1 и вычисляются указанные в ней величины.

Таблица 1

№ п/п	Uэт, В	IB, А	Метод амперметра и вольтметра			Метод замещения
			RB, Ом	RB, Ом	RBср, Ом	R = RB, Ом	RB, Ом	RBср, Ом
1. 2. 3. 4. 5.

Упражнение 2. Расчет добавочного сопротивления к вольтметру. Градуировка вольтметра.

1. По заданию преподавателя рассчитать добавочное сопротивление к испытуемому вольтметру по формулам (4) или (5).

2. В магазине сопротивлений установить рассчитанное значение R_g. В качестве R_g – берется среднее значение из всех измеренных в упр. 1.

3. Схема соединения приборов для градуировки вольтметра показана на рис. 4.

Рис. 4 Рис. 5

Плавно изменяя напряжение на входе цепи отмечают напряжение по эталонному вольтметру PV₂, соответствующее оцифрованным точкам шкалы исследуемого вольтметра.

Результаты опыта свести в таблицу 2 и по полученным данным построить график V₀ = f(N).

Таблица 2

Uэт, В
N, дел

Контрольные вопросы

1. Каковы требования, предъявляемые к вольтметру, используемому для изучения напряжения в цепях?

2. Шкала вольтметра имеет 150 дел. Вольтметр рассчитан на 30 В. Какое напряжение показывает вольтметр, если его стрелка отклонилась на 55 делений?

3. Кокай из методов измерения сопротивлений, метод амперметра и вольтметра или метод замещения, даёт меньшие систематические ошибки.

Задания по УИРС

1. Как расширить предел измерения амперметра?

Работа №7

Определение числа Фарадея и заряда электрона

Приборы и принадлежности: источник постоянного напряжения (аккумулятор на 6…8 В или выпрямитель с хорошим фильтром), амперметр, весы с разновесами, электролит (раствор CuSO₄), реостат на 30 Ом, секундомер, сосуд для электролита, соединительные провода.

Теоретическое введение

Фарадей показал, что происхождение тока через электролит сопровождается выделением вещества, причём масса выделившегося вещества

, (1)

где Q – заряд прошедший через электролит;

A – атомарный вес иона;

n – его валентность.

Коэффициент пропорциональности F называют числом Фарадея: F = 9,65410⁷ Кл/кг-экв, т.е. заряд, связанный с одним килограмм-эквивалентом вещества. В 1888 году Гельмгольц указал, что отсюда можно найти средний заряд иона

,

где N₁ – число атомов в килограмм-эквиваленте. После определения числа Авогадро (число атомов в килограмм - атоме вещества) оказавшегося равным N_A = 6,0210²⁶ Кл 1/кг-атом, можно было оценить заряд n валентного иона

.

Он оказался кратным заряду электрона.

Найдя из опыта постоянную Фарадея и зная число Авогадро, можно вычислить заряд одновалентного иона, равный заряду электрона по формуле:

. (2)