Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лабораторные работы по физике.doc
Скачиваний:
225
Добавлен:
02.05.2015
Размер:
6.63 Mб
Скачать

Лабораторная работа № 206 определение эдс источника двумя методами

Приборы и принадлежности: лабораторная установка, вольтметр, переменный резистор.

Цель работы: изучение методов работы с цепями постоянного тока,

Краткая теория:

Для получения постоянного тока в проводнике необходима постоянная разность потенциалов на его концах, В электрических цепях ее создают различные источники тока. Внутри источника тока за счет сил неэлектрического происхождения - сторонних сил - происходит разделение зарядов и таким образом поддерживается постоянное напряжение на внешней цепи. Для разделения нужно затратить некоторую энергию, и мерой этой энергии является ЭДС. Например, для получения тока в цепи с гальваническими элементами используется энергия химических реакций внутри элементов.

Энергия, выделяющаяся в источнике тока, расходуется на совершение работы по перемещению зарядов по всей замкнутой цепи. Таким образом, ЭДС есть физическая величина, измеряемая работой сторонних сил, которую нужно затратить для перемещения единичного положительного заряда по всей цепи (внешней и внутренней).

В работе изучается два метода измерения ЭДС: непосредственный, с помощью вольтметра (рис. I), и метод компенсации. В схеме (рис.1) по закону Ома для замкнутой цепи имеем:

Откуда легко найти (показание вольтметра):

Таким образом, ошибка измерения ЭДС с помощью вольтметра равна и она будет тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра

Рис. 1.Схема метода непосредственных измерений.

Рис.2. Электрическая схема установки.

Более точным, методом измерения ЭДС является метод компенсации. Схема лабораторной установки для изучения этого метода приведена на рис. 2. Если измеряемая ЭДС меньше напряжения источника питания установки U , то, перемещая движок потенциометра , можно найти такую точку С , когда напряжение будет равно измеряемой ЭДС , т. е. . В момент компенсации ток в гальванометре равен нулю. Следовательно, Ir = 0 и напряжение точно равно . Методическая ошибка, присущая первому методу ( Ir = 0 ), в методе компенсации исключена.

Заменим исследуемый элемент с ЭДС эталонным элементом с ЭДС , снова добьемся компенсации. Пусть в этом случае движок потенциометра окажется в точке Д , тогда . Поделив выражения для и одно на другое, получим

(1)

Так как , где и соответственно расстояния по шкале потенциометра, то выражение (1) имеет вид: .

Реостат предназначен для изменения тока в цепи потенциометра и получения различных серий измерений. Сопротивление ограничивает ток через гальванометр. Сначала компенсацию выполняют "грубо", а затем, нажав кнопку, устанавливают момент компенсации «точно».

Порядок выполнения работы

I метод

1. Подключите вольтметр к клеммам (он расположен отдельно от установки) и запишите показания вольтметра в таблицу 1.

2. Запишите данные вольтметра (номер, тип, класс точности), необходимые для определения погрешности измерения.

П метод

1. Присоедините переменный резистор к клеммам 1, 2, 3 на установке. Подключите установку к источнику питания (220 В); поставьте в положение «Вкл» и установите переключатель П в верхнее положение.

2. Установите произвольное значение сопротивления реостата, довернув его ручку вправо приблизительно на 60-70°. Добейтесь компенсации, перемещая движок потенциометра.

3. Подключив источник с ЭДС (переключатель П устанавливается в нижнее положение), повторите те же действия, что и для , не изменяя сопротивление . Результат запишите в таблицу.

4, Увеличьте сопротивление , повернув движок еще на 60°-70°,

и измерьте соответствующее значения и . Затем снова

поверните движок на 60°-70° и проделайте третью серию измерений.

Результаты запишите.

ВНИМАНИЕ.Окончив измерения, поставьте переключатель в среднее положение, а установку выключите.

Таблица

1 метод

2 метод

1

2

3

5. По результатам измерений вычислите значения ЭДС .

6. Рассчитайте систематическую погрешность определения ЭДС первым методом по методике, изложенной в работе 201. Класс точности прибора указан на его корпусе.

7. Сравните результаты измерения ЭДС двумя методами и объясните

разницу полученных значений.

Контрольные вопросы

1. Рассчитайте напряжение, которое покажет вольтметр в схеме

(рис. I), если = 10В, r = 1,0 Ом, =99 Ом.

2. Какой физической величиной компенсируется ЭДС в схеме

(рис. 2)?

3. Как влияет внутреннее сопротивление элемента на точность измерения его ЭДС в первом и втором методах?

4. Какие технические средства нужно применить, чтобы повысить

точность определения ЭДС методом компенсации в данной лабораторной работе?

5. Какой физический смысл имеет ЭДС?

Литература.

1. Савельев И. В. Курс общей физики т. 2, любое издание.

2. Трофимова Т.И.. Курс физики, любое издание.

3. Скорохватов Н.А. Курс лекций по электромагнетизму. М: МИИГАиК, 2006 г