2. Дослідити залежність опору лампи розжарювання з вольфрамовою ниткою від сили струму і виразити залежність графічно.

Прилади і матеріали:

Електрична лампа (25-40) Вт з вольфрамовою ниткою (220В); амперметр до 1 А з ціною поділки до 0,01 А або менше; вольтметр на 150-300; регулятор напруги РНШ або ЛАТР; патрон для лампи; з’єднувальні провідники.

Завдання до лабораторної роботи:

а) при домашній підготовці:

1. Вивчити будову регулятора напруги або ЛАТР-а, амперметра і вольтметра. Схему регулятора напруги зарисувати в зошит та вміти пояснити принцип роботи.

1. Уяснити, як залежить опір металевого провідника від температури та причину існування опору в провіднику[1,2].

1. Робочу схему зарисувати в зошит та підготувати відповіді на контрольні запитання усно.

б) при виконанні лабораторної роботи:

1. Cкласти робочу схему за рисунком 1, пояснити принцип роботи кожного приладу в ній.[4].

2. Плавно міняючи величину поданої напруги на лампу на 8-10 В, виміряти величину струму, що проходить через лампу. Збільшувати напругу до 150 В, потім зменшувати її до 50-40 В, також вимірюючи величину струму.

3. За законом Ома обчислити величину опору для кожного значення струму.

4. Графічно оформити результати вимірювань.

Т еоретичні відомості:

Рис. 3. Графік залежності опору від температури

Зі збільшенням температури опір провідника зростає, як показано на рис.3, за лінійним законом

де R₀–опір при t=0°С; R– опір при температурі t, α –термічний коефіцієнт опору, показує як змінюється опір провідника при зміні температури на 1˚. Для чистих металів при не дуже низьких температурах , тобто можна записати

При певних температурах (0,14-20 К),     які називають «критичними» опір провідника різко зменшується до 0 і метал переходить у надпровідний стан.

Найпростіший метод вимірювання опорів ґрунтується на застосуванні закону Ома для ділянки кола.

Шуканий опір знаходиться за формулою:

де U – напруга, яку показує вольтметр,

U_A – падіння напруги на амперметрі,

I_A – струм у колі,

R_A – опір амперметра.

Чим більший невідомий опір R_x, порівняно з опором R_А, тим точніший результат вимірювання. Якщо R_x»R_А, то опором R_А нехтуємо, отже буде більший ніж насправді.

Невідомий опір обчислюється за формулою:

де I - сила струму, що проходить через вольтметр,

R_V - опір вольтметра,

I_А - струм, що вимірюється амперметром,

U - напруга, яку показує вольтметр.

Правила техніки безпеки:

• при складанні електричної схеми використовуйте провідники з непошкодженою ізоляцією;

• при користуванні ЛАТРом будьте уважні – напруга 220 В.

Запитання для самоконтролю:

1. Як змінюється електричний опір провідників залежно від температури?

2. В чому полягає закон Ома?

3. Якими приладами ви користувалися в даній роботі?

4. Накресліть схему установки даної роботи?

5. Як пояснити зміну опору металів і електролітів при зміні їх температури?

6. Чому кожному значенню сили струму відповідає певна температура нитки розжарювання електричної лампи?

7. Яку роль відіграє в електричній лампі розжарювання скляний балон?

8. В чому полягає закон Ленца-Джоуля?

9. Яка мета вашої роботи? Які висновки можна зробити з одержаних результатів?

10. Що таке термічний коефіцієнт опору? Які матеріали з високим питомим опором мають низький термічний коефіцієнт опору?

Література:

1. С.Е.Фріш і А.В.Тіморева. Курс загальної фізики,т.II,ч.5,робота № 16

2. К.А.Путілова. Курс загальної фізики, т. II.

3. Фізичний практикум під ред. Дущенка, т. ІІ.

4. І.Т.Горбачук. Лабораторний практикум. К., 1992, §73, стор.298

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 15

Визначення коефіцієнта трансформації і коефіцієнта корисної дії трансформатора.

Мета роботи:

1. Вивчити закон електромагнітної індукції.

2. Вивчити будову, принцип роботи, призначення та вимоги до експлуатації однофазного трансформатора.

3. Вивчити умови експлуатації електровимірювальних приладів - вольтметра, амперметра, реостата та їх будову.

Прилади та матеріали:

Трансформатор (до 200 Вт або менше); вольтметр 0-75 B та міліамперметр змінного струму до 500 мА; амперметр на 1-2 A, вольтметр 0-30 B; навантаження-реостат (2 A, 30 Ом); з’єднувальні ізольовані провідники; джерело живлення - ВС-24.

Завдання до лабораторної роботи:

а) при домашній підготовці:

1. Вивчити будову однофазного трансформатора, принцип його роботи. Знати його призначення та особливості експлуатації. [1].[4].

1. Вивчити основні положення теорії електромагнітної індукції та основні положення теорії феромагнетизму. [5].

б) при виконанні роботи:

Для вимірювань в схемах лабораторної роботи використати напругу змінного струму на клемах джерела живлення ВС-24.

1. Скласти схему за рис.1. для визначення коефіцієнта трансформації та провести вимірювання [2,3].

1. Скласти схему за рис.3. для визначення ККД трансформатора та провести вимірювання при різних значеннях струму (8 -10 значень).

1. Залежність величини ККД трансформатора від величини струму у вторинній обмотці трансформатора представити у вигляді таблиці та графічно.

Теоретичні відомості:

Трансформатор - це електромагнітний прилад, призначений для перетворення енергії змінного струму однієї напруги на енергію змінного струму іншої напруги при незмінній частоті струму. Він складається із замкненого осердя і обмоток. Осердя виготовляється із пластин електротехнічної сталі і являє собою магнітопровід трансформатора. Обмотки розміщені на осерді, виготовляються з ізольованого дроту у вигляді котушок прямокутної або круглої форми. Обмотка, яка під’єднується до джерела струму, називається первинною. Обмотка, до якої під’єднуються приймачі електричної енергії, називається вторинною. Вторинних обмоток може бути кілька. Трансформатор, в якому у вторинних обмотках число витків більше порівняно з первинною, називається підвищувальним. Нехай N₁ і N₂ – кількість витків у первинній і вторинній обмотках. До первинної обмотки підведемо змінну напругу U. Вторинна котушка розімкнена (режим холостого ходу). Первинна обмотка в колі змінного струму утворює значний індуктивний опір і в ній струм I₀ (холостого ходу) незначний, він відстає від напруги U₁ майже на 90°. Оскільки осердя замкнене, то розсіювання ліній магнітної індукції в повітрі незначне і можна вважати, що магнітний потік в осерді однаковий для обох обмоток. Цей магнітний потік пропорційний силі струму I₀, наводить у первинній обмотці ЕРС самоіндукції.

Відношення кількості витків первинної котушки до числа витків вторинної називається коефіцієнтом трансформації.

,

де k – коефіцієнт трансформації; якщо k >1 – трансформатор знижувальний,

k <1 – трансформатор підвищувальний.

ККД трансформатора η визначається відношенням корисної потужності Р₂ до всієї підведеної потужності Р₁:

.

Правила техніки безпеки:

• при складанні електричних кіл використовувати провідники з непошкодженою ізоляцією;

• не подавати на первинну котушку трансформатора напругу більшу за 40 В.

Запитання для самоконтролю:

1. Яка будова трансформатора? Які технічні і економічні показники має застосування трансформатора при передаванні електричної енергії на віддалі?

2. Побудувати векторні діаграми роботи трансформатора.

3. Що називається коефіцієнтом трансформації?

4. Що називається ККД трансформатора?

5. Чи можна трансформувати постійний струм?

6. Чому осердя трансформатора виготовляється з листового заліза, а не з суцільного магнетика?

7. Яке значення має замкнена форма осердя?

8. Який принцип дії трансформатора? Автотрансформатора? Накресліть схеми.

9. Якими приладами ви користувались в даній роботі? Їх будова.

10. Які втрати енергії у трансформаторі і від чого вони залежать?

Література:

1. С.Г.Калашников. Електрика. К-64, стор.307

1. В.П.Дущенко. Фізичний практикум. К-84, стор.113

1. I.T.Горбачук. Лабораторний практикум, § 79, стор.348

1. Р.В.Телеснін, В.Ф.Яковлєв. Курс фізики. Електрика. М.,1969 . § 188.

1. M. I.Кучерук, I.T.Горбачук. Загальна фізика. Електрика і магнетизм. К.,1990 § 9.7;10.2-10.4.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 17

Вивчення залежності опору провідників першого роду від температури.

Мета роботи:

1. Вивчити основні положення та закономірності електропровідності провідників першого роду.

1. Навчитись вимірювати зміну опору металевого провідника при зміні його температури містковою схемою або електронним комбінованим приладом.

1. З’ясувати причину існування та температурної залежності опору в провідниках І роду.

Прилади і матеріали:

Місток Уітстона або інший прилад для вимірювання змінного опору;

досліджуваний провідник; калориметр з термометром; з’єднувальні

провідники; електроплитка.

Завдання до лабораторної роботи:

а) при домашній підготовці:

1. Вивчити матеріал про природу опору електричного струму в провідниках першого роду.[1], [6].

1. Вивчити прилади, використані в цій роботі, особливо детально розібрати і описати в зошиті універсальний вольтметр В7-38 та знайти схему містка Уітстона, якою можна користуватися в цій роботі. [2,3,5]

1. Підібрати приклади де можна використовувати одержані результати вимірювань для практичних цілей. Підготувати відповіді на контрольні запитання (усно).

б) при виконанні роботи:

1. Скласти коло за рис.2, приєднавши провідники від досліджуваного металевого провідника до клем універсального вольтметра (або в плече невідомого опору містка Уітстона, як в роботі №1).

1. Виміряти опір провідника при кімнатній температурі.

1. Ввімкнути електроплитку і виміряти опір провідника при зростанні температури через кожні 5^оС. Нагрівати до 60-70^оC. Вимкнути електроплитку, при зниженні температури виміряти опір, порівнюючи з відповідною величиною його, одержаною при зростанні температури.

1. За одержаними значеннями опору побудувати графік залежності опору металевого провідника від температури за певним масштабом.

Теоретичні відомості:

Провідник — матеріал, що проводить тепло або електрику (на противагу діелектрику). Для провідника характерні високі тепло- або електропровідність. Найчастіше провідник є речовиною, яка має багато вільних електронів (метали).

Питомий опір металів лінійно залежить від температури. Це пояснюється тим, що при збільшенні температури збільшується коливання атомів відносно рівноважних положень. Зміщення їх рівноважних положень погіршує перекривання їхніх електронних оболонок і ускладнює проходження електронів від атома до атома. Неперекривання збільшується при збільшенні температури.

За допомогою містка постійного струму можна досить точно виміряти опір провідників. Зручною і поширеною містковою схемою є схема містка Уітстона (рис. 1).

Рівновага містка настає тоді, коли відношення опорів попарно взятих плечей, з’єднаних з кінцями відповідної діагоналі містка, дорівнюють одне одному.

Метод вимірювання опорів за допомогою містка Уітстона називається ще методом порівняння або нульовим методом.

Точність вимірювання опорів містком Уітстона визначається точністю, з якою виготовлено відомі опори, граничною чутливістю гальванометра, точністю регулювання і відліку відомих опорів. Як показує теорія точніше значення невідомого опору буде знайдено тоді, коли ковзний контакт реохорда, при відсутності струму в колі гальванометра, знаходиться на середині реохорда.

Правила техніки безпеки:

• при складанні кола використовувати провідники з непошкодженою ізоляцією;

• слідкувати, щоб провідники не торкались до електроплитки;

• не нагрівати воду в калориметрі вище 70^оС.

Запитання для самоконтролю:

1. Що називається провідником першого роду? Які інші провідники ви знаєте?

1. Що називається температурним коефіцієнтом опору?

2. Що називається надпровідністю матеріалу? Ким вона відкрита і коли? Хто створив теорію надпровідності металів?

3. Де використовуються провідники, опір яких в деяких інтервалах температур не міняється?

4. Що називається термоопором? Де він використовується?

5. Поясніть принцип роботи містка Уітстона?

6. Які переваги при користуванні в цій роботі універсальним вольтметром?

7. Коли настає рівновага містка Уітстона?

8. Чим визначається точність вимірювання опорів містка Уітстона?

9. Чим можна пояснити залежність питомого опору металів від температури?

Література:

1. С.Г.Калашников. “Електричество”М.1977 § 116,117.

1. А.В.Кортнєв і ін. Практикум по фізиці.М.1961 робота N 33.

2. Физический практикум (под ред.В.И.Ивероновой) М.1967.

3. Інструкція до універсального вольтметра.

4. У.Т.Горбачук. Лабораторний практикум К.1992. § 73 ст.299

5. І.М.Кучерук, І.Т.Горбачук. Загальна фізика. Електрика і магнетизм. К.,1990р. § 3.1-3.4

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 19