dircurrent1

Самарский государственный университет

Кафедра общей и теоретической физики

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ

Самара 2001

1

Содержание

1.Измерение неизвестного сопротивления с помощью мостиковой схемы

2.Изучение температуры зависимости тед термопары

3.Изучение распределения термоэлектронов по скоростям (в акуумный диод)

4.Изучение зависимости удельного сопротивления электронов от температуры

5.Градуировка конденсатора переменной емкости и определе ния «С» неизвестного конденсатора

6.Магнитное поле земли

7.Изучение полупроводниковых диодов (Ge и Si)

8.Изучение потерь на перемагничивании методом гистерезис а

9.Градуировка амперметра и вольтметра

10.

11. Изучение электростатического поля с помощью электроли ти- ческой лампы

13. Эффект Холла

2

Лабораторная ¹ 1

Измерение сопротивления с помощью моста Уитстона (четырехполюсник)

Приборы и принадлежности

1.Источник постоянного тока.

2.Реохорд.

3.Переменное сопротивление Rý.

4.Измеряемое сопротивление Rõ.

5.Гальванометр G.

6.Êëþ÷.

Целью является ознакомление с классическим методом измерения сопротивления при помощи мостовой схемы.

Краткая теория

Мостовая схема постоянного тока, называемая часто мостом Уитстона представляет собой четырехполюсник, состоящий из сопротивлений r1, r2, Rý, Rx.

1) К одной диагонали проводится постоянное напряжение, к другой подключается гальванометр.

+-

Ðèñ. 1.

3

Характерной особенностью моста Уитстона является то что , при определенном соотношении между сопротивлениями, состав ляющими схему, ток, идущий через гальванометр, равен нулю. Действ и- тельно на основании второго закона Кирхгофа для любого за мкнутого контура тока, алгебраическая сумма падений напряжений на участках контура равна алгебраической сумме ЭДС действу ющих в этом контуре, т.е.

Откуда можно найти искомое соотношение:

Rx = r1

Rý r2

(3)

которое может служить для отыскания любого из четырех соп ротивлений. Поэтому процесс измерений на мостовой схеме зак люча- ется в экспериментальном определении неизвестных сопро тивлений, удовлетворяющих уравнению (3).

Обычно сопротивления r1 è r2 являются участками длинной проволоки реохорда, натянутой вдоль миллиметровой шкалы. Сое динение реохорда с гальванометром осуществляется с помощью контактного движка скользящего вдоль реохорда. При этом

4

Теоретическая часть

I. Правило Кирхгофа.

Расчет разветвленных целей значительно упрощается, если пользоваться правилами, сформулированными Кирхгофом.

1.Правило Кирхгофа:

Âкаждой точке разветвления проводов алгебраическая сум ма сил токов равна нулю. Токи идущие к точке разветвления и токи, и сходящие из нее, следует считать величинами разных знаков.

Например, применительно к рис. 1. правило Кирхгофа запишется так:

J1 + J2 – Js = 0

J2

J3

2. Правило Кирхгофа.

Выделим в сети произвольной замкнутый контур, состоящий и з проводов. Сумма электродвижущих сил, дейстующих в таком к онтуре, равна сумме произведений сил токов в отдельных учас тках этого контура на их сопротивления:

Sεi = SJi × Ri

При применении правил Кирхгофа следует поступать таким о б- разом:

1. Направление токов во всех участках цепи следует обознач ить стрелками, не задумываясь над тем, куда эти стрелки направ ить. Если вычисление покажет, что ток положителен то его направлени е указано правильно.

Если же ток отрицателен, то его истинное направление прот ивоположно направлению стрелки.

Выбрав произвольный замкнутый контур, все его участки сле дует обойти в одном направлении. Если это направление совпа дает с направлением стрелки, то слагаемое JR берется со знаком плюс, если эти направления противоположны, то оно берется со знаком минус.

5

Если при обходе контура источник тока проходится от отриц ательного полюса к положительному, то его электродвижущую силу следует считать положительной, в противоположном случае — ее следует считать отрицательной.

Все электрозащитные силы и все сопротивления проводов до лжны входить в систему управлений.

Применим правило Кирхгофа для расчета мостика Уитсона (1802 - 1875). Мостовая схема постоянного тока представляет собой че тырехполюсник, состоящих из сопротивлений R, Rx, r1, r2 (ðèñ. 1).

К одной диагонали подводится постоянное напряжение, к дру - гой гальванометр. Характерной особенностью мостика Уитс она является то, что при определенном соотношении между сопроти влениями, составляющими схему, ток идущий через гальванометр равен нулю. Найдем его соотношение.

Ä

Ðèñ. 1.

Ðèñ. 2.

6

Обозначим направление тока во всех участках контура (рис . 2) и запишем 2 правило Кирхгора для контура АСД:

которое может служить для отыскания любого из четырех соп ротивлений.

Обычно сопротивления r1 è r2 являются участками длинной проволоки реохрда, натянутой вдоль миллиметровой шкалы. Соед инение реохорда с гальванометром осуществляется с помощью к онтактного движка, скользящего вдоль реохорда.

Ïðè ýòîì:

r2 = ρ l2 S

Так как проволока реохорда калибрована, т.е. r = const, òî:

7

Употребляемый при практических работах.

Порядок выполнения работ

Упражнение 1. Определение сопротивлений с помощью моста У итстона.

1.Собрать мостовую схему (рис. 1). В качестве R применяется

магазин Р-34. Величина Rõ меняется дискретно при вращении ручки переключателя Р-34 (положение 6,7,8).

2.Установите контактный скользящий движок на середине ре о- хорда и добейтесь того, чтобы стрелка гальванометра переш ла че- рез ноль, при постепенном изменении величины переменного сопро-

тивления Rý от 100 Ом до 600 Ом, окончательная балансировка моста осуществляется путем передвижения движка реохорда. При выполнении упражнения гальванометр в схему следует включа ть на короткое время, поскольку в процессе настройки через гальва нометр может идти значительный ток!!!

3.В работе необходимо произвести измерение 3 сопротивлени и. Причем измерения каждого из сопротивлений должны провод иться 3 раза при измерении длин плеч реохорда. Полученные резуль таты занести в таблицу по прилагаемой форме. Таблица составляе тся для каждого измеряемого сопротивления. Величины измеряемых сопротивлений находятся в пределах от 100 до 600 Ом.

Таблица 1

8

4. Обработку результатов измерений следует проводить в следующем порядке:

а) найти значения неизвестного сопротивления по формуле (6);

б) определить среднее арифметическое ряда измерений кажд ого сопротивления;

в) рассчитать относительную ошибку измерения по формуле:

L, l1 — погрешность измерения длины участка реохорда = 1

ìì;

LÀ — длина реохорда.

Следует учесть что формула (7) легко получается из формулы (6), преобразованием обычного правила нахождения погрешност и косвенных измерений.

Упражнение 2. Измерение сопротивлений с помощью моста пос тоянного тока МО-62.

1. Измерение сопротивлений от 10 Ом до 1 000 000 Ом. Измерение проводить по вдухзажимной схеме подключения в следую щем порядке:

а) измеряемое сопротивление от 10 до 1000000 Ом подключить к клеммам Rõ прибора МО-62 согласно схеме рис. 2, часть схемы обведенная штриховыми линиями находится в МО-62;

б) переключатель схемы измерения «ПС» установить в полож е- ние «НП» на сеть 1.5 «ПС» на «2з» (двухзажимная схема включе- ния);

в) при измерении сопротивлений от 104 äî 106 Ом для устранения влияния токов утечки на результат измерений необходимо з ажим соединить с расположенным рядом металлическим зажимом и с экраном измеряемого сопротивления;

г) на переключателе плеч соотношения установить выбранны й множитель (см. таблицу на крыше прибора);

9

д) при последовательно нажатой кнопке «грубо», «точно» вр а- щением рукоятки переключателей х 100p; х10; х1p; х0,1p установить стрелку гальванометра на ноль;

е) результатом измерений является сумма значений этих пе реклю- чателей умноженная на N.

2. Измерение сопротивлений от 0,01 до 100 Ом по «4-ч» зажимной схеме подключенной в следующем порядке:

а) измеряемое сопротивление подключить согласно схеме (р ис. 3) к клеммам Rõ прибора МО-62 , замкнуть накоротко клеммы Т1 и П1, Т2 и П2 соответственно (часть схемы, обведенная штриховым и линиями находится в приборе МО-62);

б) переключатель схемы измерения «ПС» установить в полож е- ние (4-х зажимная схема включения);

в) на переключателе отношения плеч установить выбранный множитель N;

г) при последовательно нажатой кнопке «грубо», «точно» вр ащением рукоятки переключателей х100, х10, х0,1 установить стрелку гальванометра на ноль;

д) результат измерения определяется по формуле.

Rõ = N × Rñð

где N — множитель, выставленный на переключателе плеч соотношение например, сопротивление величиной 12.34 ом можно выс - тавить на МО-62 следующим образом, при N = 0,1 (1, 2, 3, 4, 5 — показатели рукояток переключателей плеча сравнения соо тветственно).

Литература

1.С.Э. Фриш, А.В. Тимофеева. «Курс общей физики».

2.Курс физики под редакцией Н Д. Папалекси

3.Калашников. «Электричество».

10