Хід виконання лабораторної роботи

Робота виконується на стенді, зображеному на фото, де 1балістичний гальванометр; 2перемикач зарядки й розряду конденсатора; 3конденсатор невідомої ємності; 4  еталонний конденсатор відомої ємності ; 5 клеми джерела живлення.

2. Підключити клеми 5 до джерела напруги. Перемикач 2 повинен знаходитися в нейтральному положенні.

3. До клем підключити досліджуваний конденсатор 3.

4. Перевести перемикач 2 у положення зарядки на декілька секунд і зарядити ємність.

5. Переключити перемикач 2 у положення розряду і виміряти відхилення стрілки гальванометра. Вимірювання провести 7 разів. Результати вимірювання кута занести до Таблиці.

6. Підключити до клем еталонний конденсатор і виконати пп.4-5.

7. Підключити до клем паралельноеталонний і досліджуваний конденсатори і виконати пп. 4-5 для паралельного з'єднання конденсаторів.

8.Підключити до клем досліджуваний конденсатор, а до клеметалонний конденсатор і виконати пп.4-5 для послідовного з'єднання конденсаторів.

Методика обробки результатів вимірів.

Розрахуйте за формулою (5) ємності конденсаторів в Ecxel і результати обчислень запишіть до протоколу.

Границю довірчого інтервалу обчислити за формулою

Зробіть відповідні висновки.

Контрольні питання

1. Що називається електричною ємністю відокремленого провідника і від чого вона залежить?

2. Що називається взаємною ємністю двох провідників і від чого вона залежить?

3. Дайте визначення конденсатора і наведіть приклади.

4. Розрахуйте ємність плоского конденсатора у такі послідовності: розрахувати напруженість поля нескінченно великої зарядженої площини, розрахувати напруженість поля між двома різнойменно зарядженими нескінченно великими площинами та різницю потенціалів між ними за визначеною напруженістю поля, розрахувати ємність.

5. Як проводиться розрахунок довірчого інтервалу непрямого виміру, якщо рівняння зв'язку має вид добутку аргументів?

Лабораторна робота №21

Вивчення вольтметра та амперметра. Вимірювання опору провідника методом вольтметра та амперметра

Мета роботи.

1. Вивчити принцип роботи гальванометра магнітоелектричної системи і застосувати його для вимірювання напруги Uта струму I.

2. Розрахувати величини опорів R_x, застосовуючи додатковий опір та шунт.

Прилади та обладнання

• 2 мікроамперметра,

• 2 магазини опорів,

• 2 невідомі опори,

• блок живлення.

Коротка теорія.

Докладно будова гальванометра та будова вольтметра і амперметра на його основі викладено у вступній частині, а основні характеристики струму, напруги та опору розглянуто у Додатку.

Напругу U на деякому опорі R вимірють вольтметром V, вмикаючи його паралельно опорові, а струм, що тече через нього - амперметром А, ввімкненим послідовно з опором. Принципова схема електричного кола з джерелом струму Е, вольтметром V, амперметром А та опором R показана на Мал.1. Для розширення меж вимірювання вольтметра, його вімкнено послідовно з додатковим опором , а для збільшення межі вимірювання амперметра, до нього паралельно вімкнено опір, який називають шунтом. На малюнку позначено,- внутрішні опори приладів,- границя величини напруги, вимірюваної вольтметром,- границя величини струму, вимірюваного амперметром,- струм, що проходить через шунт,- напруга на додатковому опорі.

Як відомо, будь-який прилад для вимірювання струму можна використовувати і для вимірювання напруги.

Наприклад, мікроамперметр із верхньою межею вимірювання І_пр=200 мкА, що має внутрішній опір R_прV= 730 Ом, дозволяє виміряти максимальну напругу такої величини

. (1)

Отже, цей прилад може використовуватися як вольтметр із верхньою межею вимірювання . Длярозширення межі вимірювання напруги послідовно з приладом вмикаємо додатковий опір R_д (Мал.2а). Якщо величина вимірюваної напруги дорівнює U=nU_пр, то величина R_д може бути знайдена із таких міркувань. Напруга на приладі за законом Ома є , а напругаU на опорі R за законом Ома дорівнює . З одержаних виразів можна скласти відношення

. (2)

Розвязком (2) буде

. (3)

Якщо ж цей прилад необхідно використовувати для вимірювання струму І=nI_пр, у n раз більшого ніж І_пр, його шунтують опором R_ш (Мал.2б). Напруга на приладі та напруга на шунтовірівні за величиною, причому. Прирівнюючи ці напруги, одержимо рівняння відносно

, (4)

звідкіля

. (5)

Невідомий опір обчислюється через напругу U та струм І за законом Ома

. (6)

Вимірювання U і І здійснюється за допомогою вольтметра й амперметра (Мал.З). При такій схемі вимірювання показання вольтметра відповідає значенню U, але показання амперметра I₀ підвищують значення I на величину I_V, тобто на силу струму, що протікає через вольтметр. Це - систематична похибка методу вимірювання. Для її виключення треба увести поправку - відняти з показань амперметра I₀ величину I_v.

Як вольтметр і амперметр можна використовувати мікроамперметри - один із додатковим опором, інший з шунтом (Мал. 4). За показами цих приладів I_V й I_A можна буде визначити значення напруги й струму U і I у невідомому опорі R. З урахуванням вищевикладеного одержимо

, (7)

. (8)

Однак при одноразовому вимірі U й І обчислення R по приведених формулах дає результат із невисокою точністю, причому похибка його невідома. Для одержання більш достовірних результатів необхідно одержати 7 пар значень U_i і I_i, обробка яких за методом найменших квадратів дозволить обчислити найбільш імовірне значення опору R і границі довірчого інтервалу.