Електрика.pdf

Електрика

Електрика

Похибки R3/ R3 i R2/ R2 виражені у відсотках, рівні класу точності магазинів

1задається.

15.Із цієї формули знайти асолютну похибку Rпс, знаючи Rпс / Rпс і Rпс.

16.Аналогічно провести розрахунки Rпр, Rпр/Rпр і Rпр для паралельного з’єднання (по формулам (55), (56)).

17.По середнім значенням Rх1ср і Rх2ср розрахувати значення їх спільного опору:

1)При послідовному сполученні по формуліR

Зміст звіту

1.Перелік приладів з вказівкою границі шкали, ціни поділки та класу точності.

2.Схема рис. 17.

3.Розрахункові формули.

4.Таблиця результатів вимірювань R1, R2, R3 та розрахунків Rх і Rх

5.Розрахунок опору Rх1 і Rх2

6.Розрахунок спільного опору при послідовному з’єднанні Rпс за формулами (55) і (57) і похибок за формулами (56) і (59)

7.Розрахунок спільного опору при паралельному з’єднанні Rпр за формулами (55) і (58) і похибок за формулами (56) і (60).

Контрольні запитання

1.В яких одиницях вимірюється опір у системі СІ?

2.Від чого залежить опір провідника?

3.Як визначити спільний опір провідників при послідовному і паралельному з’єднанні?

4.Накреслити схему моста Уітстона.

5.У чому складається метод вимірювання опорів за допомогою мосту Уітстона?

6.Вивчити співвідношення між опорами плеч моста за умовою його рівноваги:

1) За допомогою закона Ома,

2) За допомогою законів Кірхгофа.

Електрика

Робота № 2-3

ВИЗНАЧЕННЯ Е.Р.С. ДЖЕРЕЛ СТРУМУ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ РОЗПОДІЛУ ПОТЕНЦІАЛУ ВЗДОВЖ ЗАМКНЕНОГО КОЛА

Ціль роботи

1) Вивчити поняття: потенціал, напруга (різниця потенціалів), спад напруги, електрорушійна сила і зв’язок між ними.

2) Вивчити методи вимірювань е.р.с. а) метод компенсації; б) метод відомого опору.

3) Вивчити характер розподілу потенціалів вздовж замкнутого кола.

Література

1.Савельев І.В. Курс загальної фізики. –М.: Наука, т.2 §31,33-36, 1978.

2.Зісман Г.А. і Тодес О.М. Курс загальної фізики. –М.: Наука, т.2, §16,1974.

3.Детлаф А.А., Яворський Б.М. Курс загальної фізики. –М.: Вища школа, т.2, § 9.1, 9.2, 9.4,1977

4.Калашников С.Г. Електрика.-М.: Наука, §57, 64, 67, 68, 69, 1977.

Прилади та приладдя

Два джерела струму, вольтметр, мікроамперметр, міліамперметр, потенціометр, два резистора, магазин опору, електрод – зонд.

Опис установки і методика вимірювання

На стенді лабораторного столу є два джерела. Е.р.с. одного із них визначається методом компенсації, е.р.с. іншого визначається за допомогою відомого опору.

Вимірювання е.р.с. джерела методом компенсації

Якщо безпосередньо до клем джерела струму підключити вольтметр (рис.18), то показник вольтметра не буде дорівнювати е.р.с. джерала. Вольтметр показує різницю потенціалів, чи напругу між точками А і В, до яких він ввімкнений. Як було показано вище,

B – A = E – Ir

Різниця потенціалів, яку показує вольтметр, меньше е.р.с. на величину спаду напруги на внутрішньому опорі джерела. Якщо Іr меньше похибки вольтметра, то значення е.р.с. джерела можна прийняти рівним показнику вольтметра, а похибку вимірювання взяти рівною похибці вольтметра. Якщо спад напруги всередині джерела більший похибки вольтметра е.р.с, можна використати метод компенсації.

Метод компенсації заснований на тому, що різниця потенціалів на полюсах джерела рівна е.р.с, якщо струм в джерелі відсутній. Добитися цього можна за допомогою іншого джерела, яке ввімкнено назустріч першому, як показано на рис. 19, де Ев – е.р.с. допоміжнього джерела, Ех – е.р.с. досліджуваного джерела, P – потенціометр; мА – мікроамперметр, використований в якості нульіндикатора.

Електрика

Необхідно, щоб виконувалась умова Ев > Ех. Якщо замкнути ключ К1 при розімкненому ключі К2, то струм потече по контуру LC К1L. На ділянці СВАD струм відсутній. Отже, потенціали точок В і С одинакові. Потенціал точки А

більше потенціала точки В на величину Ех. Якщо L - С Ех, то L A С , тому на потенціометрі завжди можна знайти таку точку D, потенціал якої

дорівнює потенціалу точки А( D - A). Якщо сувок поставити в точку D і

замкнути ключ К2, струм по ділянці АD не потече, так як А - D = 0. Не потече струм і по ділянках АВ і ВС, послідовно сполученим з ділянкою АD. Ми говоримо, що в цей момент е.р.с. Ех скомпенсована. Показник мікроамперметра рівний нулю.

Запишемо закон Ома для ділянки СВАD:

великою точністю, використовують не вольтметри, а спеціальні прилади, які називають потенціометрами постійного струму ППТН і ППТВ. Робота цих приладів заснована на компенсаційному методі.

Вимірювання е.р.с. джерела за допомогою відомого опору

Електрика

В цьому рівнянні дві невідомі величини Ех і (RмA +rx). Тому складемо ще одне рівняння з цими невідомими. Змінимо опір магазину, зробивши його рівним R2, міліамперметр покаже І2. Тоді

Ex = I2R2 + I2(RмA + rx).

Ми одержали систему двох рівнянь з двома невідомими. Щоб позбавитися

від, (RмA + rx) помножимо перше рівняння на І2, а друге – на І1 і віднімемо від першого друге. Одержимо

міліамперметра RмА, то із вище приведених двох рівнянь можна визначити виміряний опір джерела r.

Порядок виконання роботи і обробка результатів вимірювань Вимірювання е.р.с. джерела методом компенсації

1.Зібрати схему рис. 20. В якості досліджуваного і допоміжного ввімкнути джерела по вказівці викладача.

2.Сувок потенціометра розмістити посередині. Замкнути ключ К1, потім К2.

3.Переміщенням сувка потенціометра добитися відсутності струму через мікроамперметр.

4.Записати показники вольтметра в момент компенсації в таблицю.

5.Пересунути сувок потенціометра і знову добитися компенсації. Вимірювання зробити три рази.

6.Розрахувати середню відносну похибки вимірювань.

7.Розрахувати абсолютну похибку вольтметра по класу точності приладу.

8.Результат вимірювань записати з тією похибкою, яка буде більшою.

Вимірювання е.р.с. джерела за допомогою відомого опору

1.Зібрати схему рис. 21. В якості досліджуваного ввімкнути те джерело, яке

всхемі компенсації служило допоміжним.

2.На магазині опорів встановити такий опір, щоб стрілка міліамперметра

відхилилась приблизно на третю частину шкали.

3.Записати показники міліамперметра і значення опору в таблицю.

4.Зробити ще два аналогічних вимірюваня при струмах, більших першого.

5.По формулі (61) розрахувати три значення е.р.с. джерела, попарно

комбінуючи результати вимірювань.

6.Розрахувати середнє значення е.р.с., середню абсолютну і середню відносну похибки вимірювань.

7.Вивести формулу і розрахувати внутрішній опір джерела rх.

Побудова графіка розподілу потенціала вздовж замкнутого кола

1.Зібрати схему рис. 22. В якості R1 і R2 ввімкнути резистори, опір яких вимірювався мостом Уітстона в роботі № 2-2.

2.Записати значення опорів R1 і R2 і е.р.с. Е1 і Е2, вимірені попередньо.

Електрика

3.Намалювати схему, позначивши буквами відповідні точки, як показано на малюнку. На схемі показати напрямок струму.

4.Прийняти рівним нулю потенціал однієї із точок кола.

5.Сполучити цю точку з клемою вольтметра із знаком (-). Іншу клему вольтметра сполучили із проводом і щупом.

6.Дотикаючись щупом відмічених точок, виміряємо їх потенціали. Якщо стрілка вольтметра відхиляється вліво, замінити провідники місцями так, щоб стрілка відхилилась вправо шкали, і показник вольтметра записати з мінусом.

7.Для побудови графіка розподілу потенціала необхідно знати внутрішній

опір джерел r1 і r2. Розрахувати їх по закону Ома для неоднорідних ділянок кола АВ та СD, використовуючи результати вимірювань потенціалів і е.р.с. Попередньо розрахувати струм по закону Ома для однорідної ділянки кола ВС.

8.Побудувати графік розподілу потенціалу вздовж кола АВСDA.

9.Зібрати схему рис.23.

10.Виміряти потенціали у відповідних точках.

11.Побудувати графік розподілу потенціалу вздовж кола.

Зміст звіту

1.Перелік приладів з вказівкою межі шкали, ціни поділу шкали, класу точності.

2.Схема вимірювань рис.20.

3.Таблиця результатів вимірювання е.р.с. джерела методом компенсації.

4.Розрахунок похибки приладу по класу точності вольтметра.

5.Схема вимірювань рис. 21.

6.Таблиця результатів вимірювання е.р.с. джерела за допомогою відомого опору.

7.Розрахунок е.р.с. джерела струму.

8.Схема вимірювань рис. 22. Показати напрямок струму, значення

потенціалів точок А, В, С, D, значення е.р.с. джерел Е1 та Е2 і опорів резисторів

1та R2.

9.Розрахунок струму в колі.

10.Розрахунок внутрішніх опорів джерел r1 та r2.

11.Графік розподілу потенціалу.

12.Схема вимірювань рис. 23. Показати напрямок струму та значення точок

А, В, С, D.

13.Графік розподілу потенціалів.

Електрика

Контрольні запитання

1.Що називається потенціалом, напругою (різницею потенціалів), е.р.с. джерела, спадом напруги?

2.Як записується закон Ома для однорідної ділянки кола, для неоднорідної ділянки кола, для усього кола?

3.При яких умовах різниця потенціалів на полюсах джерела дорівнює його е.р.с.?

4.Що таке компенсаційний метод вимірювання е.р.с. джерел? Намалювати схему.

5.Що таке метод вимірювання е.р.с. за допомогою відомого опору? Намалювати схему і вивести формулу розрахунку Ех и r.

6.Як розрахувати потенціали окремих точок кола, якщо відомі е.р.с. всіх джерел та опори усіх ділянок кола?

7.Як експерементально визначаються потенціали окремих точок кола в даній роботі?

8.Як визначаються струм та внутрішній опір джерел в даній роботі?

Робота № 2-4 ПОТУЖНІСТЬ В КОЛІ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Ціль роботи

Дослідити залежність корисної потужност, повної потужності та к.к.д джерела струму:

1.Від сили струму в колі;

2.Від зовнішнього опору кола.

Література

1.Савельєв І.В. Курс загальної фізики. – М.: Наука, т.2, § 37, 38, 1978.

2.Зісман Г.А. і Тодес О.М. Курс загальної фізики. – М: Наука, т. 2, §**

1974.

3.Калашников С.Г. Електрика. –М.: Наука, § 71,1977.

Прилади та приладдя

Джерело струму, вольтметр, міліамперметр, потенціометр, магазин опорів.

Опис установки та методика вимірювань

Для дослідження залежності потужності і к.к.д. джерела від сили струму складаємо схему, зображену на рис. 24.

В якості змінного опору вмикаємо потенціометр, який на панелі лабораторного стола. Для цього використовуєм тільки дві клеми: середню та одну із крайніх. Зміщуючи сувок потенціометра, міняємо струм в колі і напругу на зовнішньому опорі. Записавши де-кілька показників міліамперметра і

Електрика

відновідні їм показники вольтметра, потрібно розрахувати значення повної потужності (39), корисної потужності (40) та к.к.д. джерела (43).

За одержаними даними будуємо графік залежності повної та корисної потужностей і к.к.д. джерела від сили струму.

Для дослідження залежності повної та корисної потужностей і к.к.д. джерела від зовнішнього опору кола складаємо схему, зображену на рис 25. В якості зовнішнього опору використовуєм магазин опорів.Змінюючи опір магазину, змінюєм струм в колі. Для де-кількох значень струму та опору потрібно розрахува-ти значення повної потужності (44), корисної потужності (Р = І2R) і к.к.д. джерела (46). По одержаних даних будуємо графіки залежності повної та корисної потужностей і к.к.д. джерела від зовнішнього опору кола.

Порядок виконання роботи та обробка результатів вимірювань

Дослідження залежності корисної та повної потужностей і к.к.д. джерела від сили струму в колі

1.Зібрати схему рис. 24. Потенціометр ввімкнути як змінний опір.

2.Не записуючи показників приладів, визначити мінімальні та максимальні

значення напруги та струму. Розбити одержаний інтервал струму на 10-12 приблизно рівних частин.

3.Вимірюючи зовнішній опір і записати 10-12 значень напруг і відповідних їм струмів.

4.Обов’язково зробити вимірювання при V = E/2.

5.Розрахувати повну та корисну потужності і к.к.д. джерела.

6.В одній і тій же системі координат побудувати графіки залежностей

P0 = f(I), P = f(I), = f(I).

7. По величині струму, при якому корисна потужність максимальна, вичислити внутрішній опір джерела.

Дослідження залежності корисної та повної потужностей і к.к.д. джерела від зовнішнього опору кола

1.Зібрати схему рис. 25. В якості зовнішнього опору використати магазин опорів.

2.Не записуючи показників приладів, визначити максимальне та мінімальне значення струму в колі, і одержаний інтервал розбити на 10-12 приблизно

рівних інтервалів.

3. Провести вимірювання відповідних значень струму та зовнішнього опору. Результати вимірювань записати в таблицю.

Електрика

4. Обов’язково зробити вимірювання при R = r.

5. Розрахувати повну та корисну потужності і к.к.д. джерела. Результати розрахунків записати в таблицю.

6. В даній і тій же системі коордінат побудувати графік залежності Р0 = f(R), P = f(R), = f(R).

Зміст звіту

Перелік приладів з показанням межі шкали, ціни поділу та класу точності.

Дослідження залежності потужності і к.к.д. джерела від сили струму в колі

1.Схема вимірювань рис. 24.

2.Формули розрахунку повної потужності, корисної потужності та к.к.д. джерела.

3.Значення е.р.с. джерела.

4.Таблиця результатів вимірювань струму та напруги і розрахунків повної потужності, корисної потужності і к.к.д. джерела.

5.Графіки залежності повної та корисної потужностей і к.к.д. джерела від

сили струму.

6. Розрахунок внутрішнього опору джерела.

Дослідження залежності потужності та к.к.д. джерела від зовнішнього опору

1.Схема вимірювань рис. 25.

2.Формули розрахунку повної та корисної потужностей і к.к.д. джерела.

3.Таблиця результатів вимірювань струму та опору і розрахунків повної потужності, корисної потужності і к.к.д. джерела.

4.Графіки залежності повної і корисної потужності і к.к.д. джерела від зовнішнього опору кола.

Контрольні запитання

1.Що називається повною потужністю, корисною потужністю і к.к.д. джерела електроенергії?

2.Запишіть закони залежності повної та корисної потужностей і к.к.д. джерела від сили струму. При яких значеннях сили струму ці величини рівні

нулю, максимальні?

3.Виведіть, при якому значенні струму корисна потужність максимальна.

4.Запишіть закони залежності повної та корисної потужностей і к.к.д. джерела зовнішнього опору кола. При яких значеннях зовнішнього опору ці

величини рівні нулю, максимальні?

5. Виведіть, при якому значенні зовнішнього опору корисна потужність максимальна.

Електрика

ЗМІСТ

1. Робота 2 – 1. Дослідження електростатичного поля ……………… 3

2.Теоретична інформація до робіт № 2 – 2…2 – 4 ………………….. 13

3.Робота 2 – 2. Вимірювання опору за допомогою моста Уітстона ... 22

4.Робота 2 – 3. Визначення е.р.с. джерела струму та дослідження