Измерения и вычисления

Внимание!Установку включать не более чем на 5 минут.

1. Включить тумблер "сеть". На экране появится светящееся пятно.

2. Поворотом ручки І_с(ток соленоида) добиться того, чтобы размеры пятна на экране были наименьшими, что отвечает фокусировке электронов.

3. Замерить значение тока, соответствующее каждому фокусу.

4. Увеличивая ток, добейтесь следующей фокусировки электронов, размеры пятна при этом наименьшие.

5. С помощью тумблера "+/—" поменять полярность источника, питающего соленоид.

6. Зафиксировать первый и второй фокусы и замерить соответствующие им значения силы тока.

7. Подставить полученные данные в расчётную формулу и определить удельный заряд электрона.

h₁= 0,1 м,n= 15000,h₂= 0,05 м,U= 1100 В.

Контрольные вопросы

1. Каковы численные значения заряда электрона и его массы покоя?

2. Запишите формулу для силы Лоренца и раскройте физический смысл входящих в нее величин.

3. Приведите примеры действия силы Лоренца в природе.

4. Реагируют ли животные на магнитное поле?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИЗВЕСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ПРОВОДНИКОВ

Цель работы: Изучить и освоить методы измерения сопротивлений в цепях постоянного тока.

Приборы и принадлежности: Мост сопротивлений постоянного тока, магазин сопротивлений, нуль-гальванометр, реохорд на базе реостата, образцы неизвестных сопротивлений R_1x и R_2x, ключ, источник питания ИЭПП-1, набор соединительных проводов, омметр.

Описание установки и краткая теория

Из закона Ома для участка цепи следует, что сопротивление этого участка может быть определено, если известен ток этого участка и падение напряжения на этом участке: (1)

Рассмотрим два варианта, которые позволяют измерить силу тока и напряжение (представлены на рис. 1 и 2).

Рис. 1.	Рис. 2.

Независимо от способа включения электроизмерительных приборов определить сопротивление участка R_x, прибегая к услугам (1), можно лишь чисто гипотетически. Другими словами, подстановка в (1) показаний амперметра и вольтметра приводила бы к более или менее объективным оценкам сопротивления R_x тогда и только тогда, когда бы амперметры и вольтметры, используемые в этих измерительных схемах, были идеальны. Идеальность амперметров, например, состояла бы в равенстве нулю их внутреннего сопротивления, а идеальность вольтметров, наоборот, в бесконечности их внутреннего сопротивления. Реальные амперметры обладают, хотя и малым, но не нулевым сопротивлением, а вольтметры – хотя и большим, но не бесконечным сопротивлением. В связи с этим, сопротивление участка R_x должно вычисляться по формуле:

(2)

где U и I – показания вольтметра и амперметра соответственно, r_V – внутреннее сопротивление вольтметра.

По аналогичным причинам из схемы рис. 2 следует, что

(3)

где r_A – сопротивление амперметра.

Из (2) и (3) следует, что чем дальше используемые приборы отстоят от идеальных (r_A  0 и r_V  ), тем острее необходимость в учете этой неидеальности. Легко убедиться, что в идеальных ситуациях (2) и (3) переходят в (1). В реальной ситуации необходимость определить сопротивление участка цепи R_x сопряжена с обязательным наличием информации об r_V или r_A, что не всегда является доступным. Однако существует способ измерения сопротивлений на постоянном токе, лишенный рассмотренных выше недостатков.

Рис. 3.

Если включить сопротивление R_x, величину которого необходимо измерить, в схему рис. 3, которую называют мостовой, то при определенном соотношении величин неизвестного R_x и известных R₀, R₁ и R₂, при которых ток через гальванометр оказывается равным нулю, R_x связано с остальными известными сопротивлениями плеч моста простым соотношением:

(4)

Если при прочих равных условиях еще и R₁ = R₂, то по (4) R_x = R₀, что ведет не только к упрощению методики измерения, но и к повышению точности в определении R_x.

Чтобы практически ощутить ценность мостового метода измерения сопротивлений, предлагается сначала собрать модель мостовой схемы, произвести на ней измерение предлагаемых образцов неизвестных сопротивлений, а затем сравнить эти результаты с теми, которые будут получены при измерении этих же сопротивлений на “настоящем” (заводском) мосту сопротивлений. Если в схеме рис. 3 сопротивленияR₁ иR₂в совокупности заменить отрезком толстой проволоки, выполненной из материала с высоким удельным сопротивлением, то суммуR₁иR₂ можно представить в виде:, где – удельное сопротивление проволоки, а lиS– её длина и сечение соответственно.

Если включить такой отрезок в схему рис. 4 вместо R₁ + R₂, подключая гальванометр к проволоке через подвижный контакт (в нашем случае это движок реостата и сам реостат), то полученная структура также будет мостовой. В качестве R₀ включить следует магазин сопротивлений. Такая измерительная схема получила название моста Уитстона.

Скользящий контакт в зависимости от его положения делит сопротивление проволоки реохорда на части и. Подбирая величинуR₀ и положение движка D так, чтобы ток гальванометра равнялся нулю, по (4) находим, что

(5)