МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ

НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Орлов Т.В.

, Синюков М.П.

Лабораторный практикум по физике Электричество, Магнетизм

Новосибирск, 2002

УДК 538 (076.5)

53

О-664

Синюков М.П. Лабораторный практикум по физике. Электричество, магнетизм. Новосибирск. Новосибирская государственная академия водного транспорта, 2002.

Пособие представляет собой руководство к лабораторным занятиям по курсу физики по разделу «Электричество и магнетизм» и предназначено оказать помощь студентам НГАВТ в проведении и осмысливании физического эксперимента, измерениях, их обработки и оценки.

© Синюков М.П., 2002

© Новосибирская государственная

академия водного транспорта,

2002

Одним из важных этапов физических закономерностей является экспериментальное исследование. Целью физического практикума является приобретение навыков в постановке и проведении физического эксперимента, использовании измерительных приборов, в обработке и осмысливании полученного результата. Этот навык необходим для последующего изучения технических дисциплин и самостоятельной работы.

Из-за трудности осуществления фронтального метода проведения лабораторных работ в настоящее пособие включены теоретические основы изучаемых явлений. Лабораторные работы объединены по разделам, каждому из которых предшествуют краткие теоретические сведения, которые не претендуют на полное представление об изучаемых явлениях. Более глубокое представление можно получить после проработки учебников и конспектов лекций.

Глава I Электроизмерительные приборы

ВВЕДЕНИЕ.

Измерение – это нахождение значения физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств (приборов). По виду выдаваемой информации различают аналоговые и цифровые электроизмерительные приборы. В аналоговых приборах показания являются непрерывной функцией измеряемой величины. Например, непрерывная измеряемая величина (ток) вызывает непрерывное отклонение указателя по шкале (стрелки амперметра). Цифровой прибор автоматически вырабатывает дискретные сигналы для измеряемой величины и показывает информацию в цифровой форме. Цифровые измерительные приборы имеют ряд преимуществ, так как имеют более высокую точность и быстродействие, позволяют запоминать и хранить информацию, проводить автоматизацию различных устройств и др. Тем не менее, в настоящее время широко используются оба типа электроизмерительных приборов.

Принцип работы аналоговых электроизмерительных приборов ос­нован на превращении электрической энергии в другие виды энергии и подразделяются на следующие системы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, тепловые, индукционные, вибрационные. По назначению электроизмерительные приборы делятся на при­боры для измерения:

1. Тока - амперметры, милли- и микроамперметры, гальванометры.

2. Напряжения - вольтметры, милливольтметры.

3. Мощности - ваттметры.

4. Сопротивлений - омметры.

5. Частоты - частотометры и т.п.

Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на автоматическом преобразовании значений измеряемой непрерывной величины Н в ограниченное количество дискретных значений Д, а фиксированным значениям Д ставятся в соответствие числа, выраженные тем или иным кодом К:

Н  Д  К.

По роду измеряемой величины они подразделяются на вольтметры, омметры, частотомеры и т.д.

Основными техническими характеристиками электроизмерительных приборов являются: погрешность, чувствительность, диапазон измерений, входное сопротивление, быстродействие, надёжность.

Чувствительность представляет собой реакцию прибора на входную величину, то есть отношение выходной величины “y” к входной величине “x”

.

Для стрелочных приборов чувствительность определяется как обратная величина цене деления. Ценой деления прибора называется значение измеряемой величины, которое вызывает отклонение стрелки прибора на одно деление. Определяется как отношение предела измерения прибора к числу делений шкалы.

Погрешность приборов – это разность между показанием прибора и действительным значением величины(которая определяется по образцовому прибору) называется абсолютной погрешностью:

(1)

Для характеристики относительной погрешности электроизмерительных приборов введена приведенная погрешность , которая равна отношению абсолютной погрешности прибора к предельному (наибольшему) значению измеряемой величины прибора:

(2)

Приведенная погрешность, выраженная в процентах, называется классом точности прибора. Согласно ГОСТу электроизмерительные приборы делятся на следующие классы: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и 4.

Так как абсолютная погрешность приборе одинакова в любом месте шкалы:

(3)

то относительная погрешность измерения зависит от измеренного значения :

(4)

Отсюда видно, что если измеренное значение в n раз меньше предельного, то и погрешность измерения будет в n раз больше класса точности прибора. Поэтому всегда следует выбирать электроизмерительные приборы так, чтобы измеряемое значение было близко к предельному (n → 1).

Классификация аналоговых приборов по принципу действия

1. Магнитоэлектрическая система

Работа приборов основана на взаимодействии магнитного полей постоянного магнита и подвижной катушки (рамки), по которой пропускается измеряемый ток (закон Ампера) и с которой связана стрелка прибора. В приборах магнитоэлектрической системы вращающий подвижную катушку механический момент, а, следовательно, и угол поворота стрелки прибора пропорционален силе тока. Поэтому их шка­ла линейна. При использовании приборов этой системы следует соблюдать полярность включения прибора.

2. Электромагнитная система

Принцип действия основан на взаимодействии магнитного поля катушки, по которой протекает измеряемый ток, и подвижного железного сердечника.

Сердечник особой формы закреплен эксцентрично на оси и втягивает в щель катушки, поворачиваясь вокруг ocи, поворачивая стрелку, которая закреплена на нем. вращающий сердечник, момент и угол поворота стрелки прибора пропорционален квадрату тока, поэтому шкала приборов магнитоэлектрической системы неравномерна. Прибор может быть использован в цепях постоянного и переменного тока, не требует соблюдения полярности включения.

Более детально с конструкцией описанных и других систем электроизмерительных приборов можно ознакомиться по учебному пособию: Ю.В. Рублев, А.Н. Куценко, А.Е. Кортнев "Практикум по электричеству". Высшая школа, М.: 1971, стр. 13-15.

Вся информация о назначении прибора, его системе, классе точности и др. в виде условных значков приведена на его шкале (см. табл. 1).