Лабораторная работа № 5

СБОРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА НА ЕЕ УЧАСТКАХ

Цель работы: измерение силы и определение сопротивления тока в собранных электрических цепях.

Приборы и принадлежности: источник постоянного(переменного) тока,

амперметр, резистор, лампочка, ключ, провода.

Теоретические сведения

Электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов.

Для возникновения и существования электрического тока в веществе (проводящей среде) необходимо:

1)наличие свободных носителей тока – заряженных частиц, способных перемещаться в проводящей среде упорядочено;

2)наличие электрического поля внутри проводника. Носителями тока могут быть электроны (в металлах), ионы (в электролитах) или другие частицы.

За направление электрического тока принимают направление движения положительных зарядов.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – это скалярная физическая величина, равная величине заряда dq, прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени:

Электрический ток называется постоянным (стационарным), если сила тока и его направление не изменяются с течением времени. Переменным электрическим

током называется ток, изменяющийся с течением времени. Для постоянного тока

1

микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора.

Плотностью электрического тока называется сила тока, проходящая через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного

направлению тока:

Единица плотности тока в СИ – ампер на метр в квадрате (А/м2).

Вектор плотности тока характеризует направление электрического тока в разных точках рассматриваемой поверхности и распределение силы тока по этой поверхности. Для постоянного тока I, текущего перпендикулярно сечению S

проводника, плотность тока выражается как

Источник тока – устройство, поддерживающее разность концентраций свободных зарядов на концах проводника.

Напряжением U12 на участке 1–2 называется физическая величина, численно равная суммарной работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами

по перемещению единичного положительного заряда на данном участке цепи:

потенциалов, если участок является однородным (т.е. на участке не действует ЭДС,

сторонние силы отсутствуют:

(9)

Закон Ома для однородного участка (интегральная форма закона Ома): cила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику,

пропорциональна напряжению U на конце проводника:

где R – электрическое сопротивление проводника.

2

Единица сопротивления в СИ – ом (Ом). 1 Ом – это сопротивление такого проводника, в котором течет постоянный ток 1 А при напряжении 1 В на его концах.

Сопротивление проводника зависит от его размеров и формы, а также от материала,

из которого проводник изготовлен.

Величина, обратная сопротивлению называется электрической проводимостью.

Для однородного цилиндрического проводника сопротивление определяется

удельного электрического сопротивления в СИ – Ом-метр (Ом·м). Для большинства металлов при не слишком низких температурах

Закон Ома в дифференциальной форме (локальным законом Ома)

устанавливает связь между плотностью тока и напряженностью электрического

Мощность постоянного тока – величина равна джоулеву теплу,

выделяемому в проводнике за единицу времени.

3

[P]=Вт(Ватт)

Внесистемные единицы работы тока: ватт час и киловатт час. 1 Вт ч ‒ работа тока мощностью 1 Вт в течении 1 ч. 1 Вт ч=3600 Вт с=3,6 ·103Дж.

Электрическая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Электрическая цепь делится на внутреннюю и внешнюю части. К внутренней части электрической цепи относится сам источник электрической энергии. Во внешнюю часть цепи входят соединительные провода, потребители, рубильники,

выключатели, электроизмерительные приборы, т. е. все то, что присоединено к зажимам источника электрической энергии.

Электрический ток может протекать только по замкнутой электрической цепи. Разрыв цепи в любом месте вызывает прекращение электрического тока.

Ход выполнения работы

1.Включите в сеть источник постоянного (переменного) тока.

2.Соберите электрическую цепь согласно схеме 1 (где 1–источник постоянного

(переменного) тока, 2–лампочка, 3–ключ, 4–амперметр).

Схема 1

3.Снимите показания амперметра (I1). Данные занесите в таблицу. Измерения повторите 3 раза при различных значениях напряжения (дает преподаватель).

4

4.Соберите электрическую цепь согласно схеме 2. Для этого вместо лампочки(2)

подключите резистор(5), снимите показания амперметра (I2). Данные занесите в таблицу.

Схема 2

5.Соберите электрическую цепь согласно схеме 3. Для этого подключите лампочку

(2)параллельно резистору (5). Снимите показания амперметра (I3). Данные занесите в таблицу.

Схема 3

6.Соберите электрическую цепь согласно схеме 4. Для этого подключите лампочку последовательно, снимите показания амперметра (I4). Данные занесите в таблицу.

5

Схема 4

Таблица 1

1

2

3

Среднее

7.Рассчитайте границы абсолютных погрешностей прямых измерений силы тока для каждой цепи. Абсолютная погрешность силы тока определяется по формуле

1= 1- ср , где ср= ( 1+ 2 + 3) / 3. Данные занесите в таблицу.

8.Определите максимальную относительную погрешность измерений силы тока

для каждой цепи.

= ∆ср ∙ 100%ср

9.Рассчитайте сопротивление для каждой цепи.

10.Рассчитайте среднюю мощность для каждой цепи.

11.По результатам измерений постройте график зависимости силы тока от напряжения для каждой цепи.

Контрольные вопросы:

1. Какие физические величины связывает закон Ома?

6

2.Как влияет увеличение напряжения на силу тока в цепи?

3.Зависит ли сопротивление проводника от силы тока в нём?

4.Как соотносятся между собой такие физические величины, как сопротивление и электропроводность?

7