geologia[1] / test geology / Mixed tests / 2-й сем / Методички / Elektro / Лаб 3

Электричество и магнетизм Лабораторная работа № 3

Министерство образования РФ

Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра общей и технической физики.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

«ИЗУЧЕНИЕ ЗЕРКАЛЬНОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2003 г.

Цель работы. Определение чувствительности и постоянной гальванометра по току, а также внутреннего сопротивления прибора.

Общие сведения.

Гальванометры – приборы, применяющиеся для измерения слабых электрических токов (до 10^-11А) и напряжений (до 10^-8В). Для измерений силы тока используется поворот подвижной плоской рамки с током в поле неподвижного постоянного магнита.

Зеркальный гальванометр (рис.1) состоит из постоянного магнита S, цилиндра Z из мягкого железа и подвижной четырехугольной рамки C, составленной из плотно уложенных витков изолированной проволоки.

Рамка, подвешенная на тонкой металлической нити E, к которой прикреплено легкое зеркальце L, свободно поворачивается в зазоре между полюсными наконечниками и цилиндром. Свет от специального осветителя попадает на зеркальце и, отражаясь от него, дает на шкале прибора изображение визирной линии. Ток к подвижной системе подводится через нить подвеса и тонкую гибкую проволочку, не мешающую рамке свободно вращаться.

Измерение силы тока основано на наблюдении углов поворота рамки C. При протекании через обмотку рамки тока последняя испытывает вращающий момент сил, действующий на ток в магнитном поле. При установившемся отклонении имеет место равенство моментов сил, действующих на рамку со стороны магнитного поля, и крутящего упругого момента нити подвеса:

M_вр=M_кр. (1)

Известно, что M_вр=BNSI и M_кр=D, где B – индукция постоянного магнита, неизменяемая по величине при любом положении рамки С (благодаря использованию цилиндра картина силовых линий, пронизывающих рамку, имеет радиальный характер, как на рис.1); N – число витков рамки; S – площадь рамки; I – сила измеряемого тока в рамке; D – удельный момент кручения нити подвеса рамки;  – угол поворота рамки.

В этом случае уравнение (1) принимает вид

BNSI=D, (2)

откуда следует, что угол поворота рамки  в равновесном состоянии пропорционален силе тока I:

. (3)

Коэффициент пропорциональности S_пр=BNS/D называется чувствительностью гальванометра по току и определяется конструктивными характеристиками прибора.

Величину С_пр, обратную чувствительности S_пр, называют постоянной гальванометра по току:

_. (4)

Согласно схеме измерений (рис. 2) источник ЭДС подключается к большому сопротивлению R (магазин сопротивлений). Гальванометр G, соединенный последовательно с сопротивлением R₂, присоединяется параллельно к сопротивлению R₁, причем R₁<<R₂+R_G, где R_G – сопротивление гальванометра. Поэтому можно считать, что напряжение на участке R₁ (первая декада магазина сопротивлений)

U=R₁/R

и, следовательно, согласно закону Ома ток, протекающий через гальванометр, .

Постоянная гальванометра по току:

. (6)

Для определения внутреннего сопротивления гальванометра достаточно измерить смещения d₁ и d₂ светового указателя по шкале при двух различных значениях сопротивления R₂( и ) и решить систему уравнений

;

.

Таким образом,

. (7)

Порядок выполнения эксперимента.

1.Установить указанные на установке сопротивления R и R₂. Световой указатель гальванометра установить на ноль.

2.Ключом К замкнуть цепь и записать наблюдаемые смещения светового зайчика по шкале d при пяти различных значениях сопротивления R₂ в подготовленную таблицу 1:

Таблица 1

Номер опыта	R2, Ом	d, дел	Пары измерений	Rg, Ом	Спр А*м/дел	Sпр=1/Cпр дел/А*м
1			1,2	Rg1,2
2			1,3	Rg1,3
3			1,4
4			1,5
5			2,3
			2,4
			2,5
			3,4
			3,5
			4,5
				Rgср=	Cпр.ср=	Sпр.ср=

Обработка результатов измерений.

Найти десять значений внутреннего сопротивления гальванометра R_g по парам измерений по формуле

Приведенную постоянную С_пр вычислить для каждого значения R₂ по формуле

.

Так же найти чувствительность по току

S=1/C_пр.

Стандартные ошибки измеренных R_g и S_пр соответственно

, при n=10;

, при n=5.

При расчете стандартных ошибок целесообразно заполнить следующую таблицу 2:

Таблица 2

n	Rg-Rgi, Ом	(Rg-Rgi)2, Ом	Sпр-Sпр1	(Sпр-Sпрi)2	Rg, Ом	Sпр
1
2

Содержание отчета.

1.Цель работы.

2.Методика измерений.

3.Схема подвижной части гальванометра, электрическая схема измерений.

4.Расчетные формулы и формулы оценки стандартных ошибок.

5.Результаты эксперимента в табличной форме, примеры расчета.

Контрольные вопросы.

1.Каков принцип действия приборов магнитоэлектрической системы? В чем состоит назначение гальванометра?

2.Каковы конструктивные особенности измерительной части гальванометра?

3. Какая сила действует на прямоугольную рамку с током в магнитном поле?

4.Что такое чувствительность гальванометра по току? Что такое постоянная по току? Какие параметры влияют на чувствительность?

5.Чем определяется угол поворота рамки с током в магнитном поле?

6.Каким элементом гальванометра обусловлено его внутреннее сопротивление и как оно определяется?

7.Почему сопротивление R₁ должно быть существенно меньше сопротивления R₂?

20