4. Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую схему (рис. 9.1). В качестве источника тока с Э.Д.С. ε и внутренним сопротивлением r используйте генератор постоянного напряжения ГПН с включенным тумблером «внутреннее сопротивление» R_вн на его передней панели.

2. Изменяя сопротивление R цепи, измерьте напряжение U вольтметром и силу тока J амперметром, показания приборов занесите в таблицу.

Таблица 9.1.

U, В
J, А

3. Постройте график на миллиметровой бумаге график зависимости U от J.

4. Определите по графику путем его экстраполяции (продолжения) до пересечения с осью координат U значение Э.Д.С., а с осью координат J – ток «короткого замыкания» J_к.

5. По формуле (12) вычислите внутреннее сопротивление r источника тока.

6. Вычислите значения Р, Р₁, Р₂, η по формулам: ; ; ;

7. Постройте зависимости этих величин от силы тока, экстраполируя кривые и прямые до пересечения с осями координат (рис.3).

1. Контрольные вопросы

1. Закон Ома для замкнутой цепи. Физический смысл ЭДС.

2. Каким нужно сделать сопротивление вольтметра, чтобы измеренное им значение ЭДС было бы как можно ближе к истинному?

3. Дайте определение полной, полезной мощности и мощности потерь.

4. При каком условии полезная мощность будет максимальна? Докажите.

5. Проанализируйте зависимости мощностей P, P₁, P₂ от силы тока.

6. Коэффициент полезного действия батареи. Проанализируйте зависимость  = f(I).

7. Сравните полученные опытным путем зависимости с теоретическими.

8. Физический смысл напряжения, разности потенциалов.

9. Как определить силу тока короткого замыкания и ЭДС батареи, сняв зависимость напряжения от силы тока?

6. Задачи для СРС Гл. 12, стр. 186

Лабораторная работа №10 Методы электрических измерений

1. Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики – М: Издательский центр «Академия», 2005 г. – 560 с. Гл. 1-4

2. Механика и термодинамика. Методические указания к вводному занятию и к лабораторным работам №0-6 по физике. №2848, Новосибирск, 2004. С. 11,12

2. Цель работы:

Овладеть методами измерения электрических величин с помощью амперметра, вольтметра, осциллографа.

3. Основные теоретические сведения

   1. Измерение неизвестного сопротивления с помощью вольтметра и амперметра

Экспериментально установлена зависимость силы тока I, текущего по металлическому проводнику, от напряжения U на концах проводника - закон Ома для участка цепи, где R – электрическое сопротивление проводника.

Используя рабочую формулу , можно определить величину сопротивления R для нескольких значений напряжения U на концах проводника.

И змерения U и I проводятся с помощью вольтметра и амперметра по схеме рисунка 10.1. Для достоверного определения R_x необходимо, чтобы сопротивление вольтметра .

Измерения R_x проводятся при различных значениях напряжения U генератора напряжения, что позволяет определить R_x для нескольких измерений и рассчитать величину погрешности.

2. Измерение неизвестного сопротивления при помощи моста постоянного тока

Рассмотрим схему моста постоянного тока, представленную на рис. 10.2. R_x – неизвестное сопротивление, R₁ – переменное сопротивление, R₂ и R₃ – известные сопротивления. Во входную диагональ моста (аb) включается источник постоянного напряжения (ГН), а в выходную (сd) – индикатор равновесия (вольтметр, осциллограф или миллиамперметр с большим внутренним сопротивлением). Если разность потенциалов между точками с и d равна 0, мост находится в равновесии. Следовательно, если мост находится в равновесии, измерительный прибор, подключенный к точкам с и d будет показывать 0. Установление состояния равновесия моста обеспечивается изменением переменного сопротивления R₁.

Для того, чтобы мост находился в равновесии, необходимо, чтобы выполнялись следующие соотношения

	(1)
	(2)

П ри равновесии моста ток течет только на участке моста a c b (обозначим его I_x), и на участке a d b (обозначим его I₁).

Запишем закон Ома для каждого сопротивления:

(3)

(4)

Рис. 10.2 Измерение сопротивления с помощью моста постоянного тока

(5)

(6)

Процесс измерения состоит в том, что при установленном отношении плеч моста добиваются равновесия моста, изменяя переменное сопротивление R₁.

Формулу для измеряемого сопротивления R_х получим из (3) – (6), используя (1), (2):

	(7)
	(8)

Разделив (7) на (8), получим для измеряемого сопротивления:

(9)

3. Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа

Осциллограф позволяет проводить измерение параметров как постоянных, так и изменяющихся со временем электрических сигналов. Для этого напряжение с генератора U_x подается на один из каналов осциллографа, как показано на рис. 10.3. – рис. 10.5.

Рис. 10.3

Рис. 10.4

На экране осциллографа необходимо получить осциллограмму, удобную для наблюдения, подобрав для этого соответствующее положение переключателей. Определив пену деления j_x по оси х, вычисляем длительность временных интервалов изучаемой осциллограммы по формуле:

(10)

где n – число делений по оси х на экране осциллографа, на которые укладывается изучаемая часть сигнала.

Рис. 10.5

Таким же образом, определив цену деления j_y по оси у, находим величину напряжения подаваемого электрического сигнала.

Некоторые модели осциллографов позволяют не только наблюдать одновременно два сигнала на экране, но и осуществлять сложение этих сигналов, как одинаково направленных, так и как взаимно перпендикулярных. Для этого напряжение с одного генератора U_x1 подается на вход первого канала осциллографа, а напряжение с другого генератора U_х2 подается на вход второго канала, как показано на рис. 10.6.

Рис. 10.6