Контрольные вопросы

1. Согласно обозначениям

2. Согласно обозначениям на шкалах электроизмерительных приборов, используемых в данной работе, указать назначение прибора, тип тока, безопасность, класс точности, систему измерительного механизма, рабочее положение при эксплуатации.

3. По классу точности электроизмерительных приборов, используемых в данной работе, вычислить их абсолютную (инструментальную) погрешность и указать к какой группе приборов (прецизионным, техническим или внеклассовым) они относятся.

4. Какие силы называются сторонними? Привести примеры таких сил.

5. Какой участок цепи называется неоднородным?

6. Что называется ЭДС? Единица её измерения.

7. Напряжение на неоднородном участке цепи?

8. Закон Ома для неоднородного участка цепи.

9. Какую физическую величину (эдс или напряжение) измерит вольтметр, подключённый к зажимам источника тока,

– при разомкнутой внешней цепи?

– при замкнутой внешней цепи?

10. Что называется полезной и полной мощностью электрической цепи?

11. Выведите выражение для полной и полезной мощности в цепи постоянного тока.

12. При каком значении сопротивления нагрузки полезная мощность максимальна?

Литература

1. Майсова Н.Н. Практикум по курсу физики.- М.: Высш. школа, 1970.

2. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3-х т. М.: Наука, 1982. Т.1.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики: Механика. М.: Наука, 1979.

4. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. школа, 1985.

5. Хайкин С.Э. Физические основы механики.- М.: Наука, 1971

6. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1985.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ПРИ ПОМОЩИ МОСТА УИТСТОНА

Выполнил студент -------------------------, группа -------------, дата -------.

Допуск ______________

Выполнение __________

Зачет ________________

Цель работы: изучить работу мостовой схемы измерения сопротивлений, измерить электрическое сопротивление проводников по отдельности, затем при их параллельном и последовательном соединении.

Приборы и материалы

№ п\п	Наименование прибора	Класс точности	Цена деления	Предел измерения	Точность отсчета
1	Источник напряжения	–	–	–	–
2	Реохорд	–
3	Измеряемые сопротивления	–	–	–	–
4	Магазин сопротивлений
5	Гальванометр

1. Теоретические сведения Основные понятия и законы

1. Электрический ток

Если изолированный проводник поместить в электрическое поле напряжённостью , то на свободные заряды в проводнике будет действовать кулоновская сила = В результате в проводнике возникает кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится тогда, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, не скомпенсирует полностью внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника равно нулю. Однако в проводниках может при определенных условиях, возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током.

Электрическое поле может быть создано, например, двумя разноименно заряженными телами. Соединяя проводником разноименно заряженные тела, можно получить электрический ток, протекающий в течение короткого интервала времени. Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени. Следовательно, электрическое поле в цепи постоянного тока имеет характер «замороженного» электростатического поля. Но при перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами. Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Источник тока в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачки жидкости в замкнутой гидравлической системе.

Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. За 1с электроны в проводнике перемещаются за счет упорядоченного движения меньше чем на 0,1мм. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов.

За направление электрического тока принято направление движения положительных зарядов.

При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения электронов.

Электрический ток в проводниках представляет собой:

• в металлах – направленное движение электронов (проводники первого рода);

• в электролитах – направленное движение положительных и отрицательных ионов (проводники второго рода);

• в плазме – направленное движение электронов и ионов обоих знаков (проводники третьего рода),

• в полупроводниках – направленное движение электронов и дырок.

Движение заряженных частиц внутри проводника нельзя наблюдать, но судить о наличии электрического тока можно по его действиям:

• тепловому – проводник с током нагревается;

• магнитному – вокруг проводника с током возникает магнитное поле;

• световому – проводник с током может светиться;

• химическому – в проводнике с током изменяется химический состав (такие проводники называются проводниками второго класса).

Для продолжительного существования электрического тока в замкнутой цепи необходимо выполнение следующих условий:

• наличие свободных заряженных частиц (носителей тока);

• наличие электрического поля, силы которого, действуя на заряженные частицы, заставляют их двигаться упорядоченно;

• наличие источника тока, внутри которого сторонние силы перемещают свободные заряды против электростатических (кулоновских) сил.

Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока и плотность тока .

Сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника (рис.1) за интервал времени Δt, к этому интервалу времени (первая производная от заряда по времени):

I = = , (А)

Международной системе единиц (СИ) сила тока измеряется в амперах (А). Единица измерения тока 1А устанавливается по магнитному взаимодействию двух параллельных проводников с током.

Плотностью тока называется вектор , модуль которого равен отношению силы тока, протекающего через некоторую площадку, перпендикулярную направлению тока, к величине этой площадки, а направление вектора совпадает с направлением движения положительного заряда в токе:

Рис. 1. Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике.

I, и S – ток и площадь поперечного сечения проводника,

– напряжённость электрического поля.

.

Различают переменный (англ. alternating current, AC) и постоянный (англ. direct current, DC) токи.

Постоянный ток – ток, направление и величина которого не меняется во времени.

Переменный ток – это ток, направление и величина которого меняется во времени.

Раздел физики, изучающий течение электрического тока в различных средах, называется электродинамикой сплошных сред.

В этой работе рассматривается постоянный ток.