3.2 Описание экспериментальной установки
Задание 1. Обобщенный
закон Ома изучается на неоднородном
участке цепи 1-2, состоящем из источника
тока
с
внутренним сопротивлением
и
постоянного сопротивления
.
Для измерения зависимости разности
потенциалов
на
участке 1-2 от протекающего по нему тока
используется
электрическая цепь, показанная на
рисунке 3.1.
Здесь
-
вольтметр, включенный параллельно
исследуемому участку цепи 1-2;
-
внешнее по отношению к участку
1-2 сопротивление, при помощи которого
можно изменить ток в цепи;
-
амперметр для измерения этого тока;
-
потенциометр, с помощью которого
изменяется напряжение, подаваемое от
второго источника с ЭДС
первого
(исследуемого) источника.
В случае, когда ключ
разомкнут
и движок
реостата находится в верхнем крайнем
положении
,
ток протекает только в цепи
,
причем направление тока (от точки 1 к
точке 2) и его величина определяются
действием одного источника
.
Как видно из схемы, в данном случае
всегда 
.
Как следует из закона Ома (3.4) для исследуемого участка 1-2, имеем
.
(3.9)
При постоянных значениях
,
и
эта
зависимость носит линейный характер.
График функции
представляет
собой прямую, пересекающую ось ординат
в
точке
,
(рисунок
3.2). Угол наклона прямой к оси абсцисс
(оси тока) тупой, так как коэффициент
при
отрицателен
и зависит от сопротивления участка
.
Как видно из (1), приращение
разности потенциалов связано с приращением
тока как
,
откуда
.
(3.10)
Вторая схема, используемая в этом
задании, соответствует замкнутому ключу
и
перемещению движка
в
промежуточное положение на потенциометре.
Ток
на
участке 1-2 в данном случае определяется
не только источником
,
но и
,
вклад которого определяется положением
движка на потенциометре. Поэтому можно
получить такое значение тока, при котором
вклад источника
в
разность потенциалов
окажется
больше, чем источника
,
т.е. разность
будет
меньше нуля. График зависимости
в
таком случае пересекает ось токов,
переходя в область отрицательных
значений.
Задание 2. Рабочая схема экспериментальной установки, приведенная на рисунке 3.3, собирается на универсальном стенде 17Л-03. Измерение силы тока и напряжения производятся приборами, расположенными в измерительном блоке (АВI, ABO). Питание схемы осуществляется от генератора постоянного тока ГН2.
В силу небольшой величины внутреннего
сопротивления
источника
тока в электрическую цепь последовательно
включено сопротивление
.
В качестве внешней нагрузки
используется магазин сопротивлений
КМС-6, который позволяет изменять
сопротивление от 0 до 900
Ом с интервалом в 100 Ом.
Рисунок 3.3
3.3 Порядок выполнения работы на компьютере и обработка результатов измерений
1. Выбрать из списка на экране название работы ЭМК-7, подвести к нему с помощью мыши курсор и дважды щелкнуть левой кнопкой мыши. После раскрытия пакета установить курсор на Lab и дважды щелкнуть мышью. Появляется титульный лист с названием, целью и поставленной задачей данной лабораторной работы и ниже - содержание данной работы, включающее Теорию, Работу, Тесты и Выход. Выход используется после завершения работы, но позволяет закрыть программу в любой нужный момент.
2. Щелкнув мышью по Теории, ознакомьтесь с теоретическим введением и методикой эксперимента, рабочими формулами и описанием экспериментальной установки, а также порядком проведения работы. Вернитесь к Основному меню, нажав на соответствующую надпись.
3. Тесты (24 для данной работы) применяются по указанию преподавателя либо для допуска к работе, либо для ее защиты.
4. Дважды щелкнув по Работе, вы перейдете к следующему кадру с выбором заданий. В задании № 1 (Упражнение 1) необходимо собрать измерительную схему. Для этого можно воспользоваться справкой, нажав мышью на Помощь.
5. Собрав схему, установите
курсор на Далее и нажмите
левой кнопкой мыши, появится
экспериментальная цепь. Здесь
подразумевается, что движок
потенциометра
установлен в верхнее крайнее положение
и источник
не
подключен. В магазине сопротивлений
установите с помощью левой кнопки
мыши значение
и
запишите показания амперметра
и
вольтметра
.
Далее снимите полную зависимость
от
,
изменяя значения внешнего сопротивления
до
80 Ом через 10 Ом с помощью мыши
или, что удобнее, с помощью стрелки
«вправо» на клавиатуре.
6. В упражнении 2 задания
1 замените
на
,
большее, чем
,
щелкнув левой кнопки мыши по
соответствующей надписи в левом
нижнем углу кадра. Тогда появится рабочая
цепь с подключенным с помощью ключа
источником
и
движком
в произвольном положении на потенциометре.
Снимите зависимость
от
аналогичным
образом, изменяя сопротивление магазина
от
180 до 20 Ом с помощью стрелки
«вправо» на клавиатуре. (Обратите
внимание на то, что последние показания
вольтметра
могут
иметь отрицательные значения).
7. Все полученные данные заносятся в таблицу 1. По окончании задания 1 позовите преподавателя, чтобы он зафиксировал результаты.
Т а б л и ц а 1
|
№ |
Показания амперметра , А |
Показания вольтметра , В |
|
1 2 |
|
|
|
1 2 |
|
|
8. В Выборе задания перейдите к заданию 2.
Задание 2.
1. Сначала производится сборка схемы электрической цепи. После нажатия на Далее с помощью мыши появляется рабочая цепь для измерений.
2. В упражнении 1, аналогично заданию
1, производятся измерения при ЭДС
при
изменении силы тока в цепи с помощью
магазина сопротивлений (
изменяется от 100 до 900 Ом через каждые
100 Ом).
3. В упражнении 2 измеряются значения
силы тока и напряжения при изменении
ЭДС (
)
на генераторе напряжения ГН-2, которые
вместе с сопротивлениями магазина
заносятся в таблицу 2.
Т а б л и ц а 2
-
, A
, B
, Вт
4. Значения мощности вычисляются по
формуле
и
строятся графики зависимости полезной
мощности от сопротивления
нагрузки.
5. Из графиков определяются
значения сопротивлений при
максимальной мощности и путем вычитывания
известного дополнительного
сопротивления
определяется
внутреннее сопротивление источника.
6. Проанализировать результаты и сформулировать выводы.