Порядок виконання роботи та опрацювання результатів

1. Зібрати електричне коло згідно зі схемою (рис. ЕП 4. 4), звернувши особливу увагу на полюси електролітичних конденсаторів.

2. Встановити на магазині опорів 20 кОм.

3. Замкнути послідовно ключі К2 та К1, записати показання міліамперметра.

4. Розімкнути для зарядки конденсатора ключ К2 та одночасно включити секундомір.

5. Записати показання міліамперметра в моменти часу 5,10,15, …,180 с.

t, с	0	5	10	15	20	30	40	50 … 180
І,мА

6. Побудувати за експериментальними значеннями графік I_з=f(t).

7. Визначити за допомогою графіка момент часу , який відповідає значенню І = 0,368 І₀ .

8. Обчислити сталу часу кола  = RC за значенням R і C . Порівняти її зі значенням , одержаним за графіком.

9. Перемкнути ключ КІ на закорочені клеми і одночасно включити секундомір.

10. Записати в аналогічну таблицю (п.5) показання міліамперметра в моменти 5,10,15, …, 180 с при розрядці конденсатора .

11. Побудувати на тому самому графіку (п. 6) залежність І_р = f(t) .

12. Визначити за цим графіком значення сталої часу . Порівняти одержані результати при зарядці та розрядці батареї конденсаторів.

13. Оцінити похибку визначення  за формулою

; (ЕП 4.13)

, (ЕП 4.14)

для чого взяти значення ∆R та ∆С , вказані на цих елементах кола.

14. Обчислити похибку визначення  за допомогою графіка, враховуючи, що основна похибка ∆І визначається класом точності міліампермтра, а ∆ слід брати при відповідних значеннях І = 0,369 І₀ ± ∆І.

15. Порівняти одержані похибки (пп. 13,14) .Зробити висновок.

Контрольні запитання

1. Чому не можна помилятись в полярності при ввімкеунні електролітичних конденсаторів ?

2. Які вимірювальні схеми називають еквівалентними ?

3. Визначити одиницю вимірювання сталої часу .

4. Як впливає внутрішній опір міліамперметра, джерела струму на одержані результати роботи?

5. Який вигляд матимуть залежності І = f (t) в напівлогарифмічній шкалі?

6. Пояснити методику визначення  за графіком залежності струму зарядки (розрядки) конденсатора від часу.

Література: [1, §5.1 – 5.3; § 3.1 – 3.4; 2, § 100 ]

Лабораторна робота ЕП 5

Вимірювання питомого опору провідника

Мета й завдання роботи: ознайомитися з принциповою схемою будови навчального лабораторного приладу FPM-01 та його використанням для визначення опору за допомогою амперметра і вольтметра; визначити питомий опір провідника.

Основні теоретичні відомості та опис установки

Опір провідників залежить від роду матеріалу, форми, розмірів та температури провідника. Для однорідних провідників з незмінним поперечним перерізом опір визначається за формулою

R = (ЕП 5.1)

де  довжина; S  площа поперечного перетину провідника; ρ  питомний опір матеріалу провідника; залежить тільки від роду матеріалу, температури і не залежить від розмірів провідника.

Питомий опір чисельно дорівнює опору провідника одиничної довжини та одиничної площі поперечного перерізу. Величина, обернена до питомого опору δ = , називається питомою провідністю матеріалу.

Найменший питомий опір мають благородні метали, мідь, алюміній. При збільшенні температури металів та більшості сплавів опір збільшується. Проте є сплави (константан, манганіт та ін), питомий опір яких в широкому інтервалі практично не залежить від температури. Такі матеріали використовують у виготовленні відповідних електричних вимірювальних приладів.

З урахуванням виразу (ЕП 5.1) питомий опір циліндричного провідника можна обчислити за значенням величини опору та розміру провідника за формулою

ρ = R . (ЕП 5.2)

Для визначення питомого опору матеріалу провідника будемо вимірювати опір при різних довжинах. Для вимірювання опору циліндричного провідника при різних довжинах використаємо навчальний лабораторний прилад FPM-01 (рис. ЕП 5.1).

На передній панелі приладу є функціональні клавіші W₁, W₂ ,W₃, які визначають роботу приладу.

За допомогою клавіші W₁ прилад вмикають в електричну мережу, за допомогою W₂ в електричну вимірювальну схему приладу вмикаються амперметр і вольтметр, клавішою W₃ вибирають першу схему вимірювань: вольтметр приєднується паралельно до резистора R_x (рис. ЕП 5.2)  клавіша натиснена або вольтметр приєднується паралельно до ризистора R_x і амперметра друга ( рис. ЕП 5.3 )  клавіша відпущена.

Першу схему вимірювання R_x використовують коли R_x << R_v. У цьому разі опір обчислюють за формулою

R_x = . (ЕП 5.3)

Другу схему використовують, коли не виконується названа вище умова. Наприклад, коли виконується умова R_x ≈ R_v для зменшення впливу вольтметра на показання амперметра доцільно використовувати другу схему.

У цьому разі опір обчислюється за формулою

R_x = _. (ЕП 5. 4)

У формулах (ЕП 5. 3), (ЕП 5. 4) І та U – показання амперметра і вольтметра; R_{а ;} R_v – опір амперметра і вольтметра.

Для нашої установки опір R_x циліндричного провідника змінюється в межах до 10 Ом. R_а = 0,15 Ом , R_v = 2500 Ом, тобто виконується умова R_x << R_v . Тому для вимірювання R_x доцільно використовувати схему 1 (клавіша W₃ натиснена) і опір провідника слід визначати за формулою (ЕП 5. 3) . Опорами з’єднувальних провідників при обчисленні R_x нехтуємо. Оскільки в формулі (ЕП 5. 3) величина U/R_v дуже мала, то нею у розрахунках можна знехтувати. Тоді опір провідника можна обчислювати за формулою

R_x = . (ЕП 5. 5)

Прилади і матеріали: лабораторний навчальний прилад FPM- 01 для вимірювання опору провідників; досліджуваний провідник (або набір провідників); мікрометр (або штангенциркуль).