Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Metodychka_201 / Lab2

.doc
Скачиваний:
21
Добавлен:
02.03.2016
Размер:
107.52 Кб
Скачать

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

ВизначенНя опору методом містка

І. МЕТА РОБОТИ: вивчити основні закони постійного струму та оволодіти методом вимірювання опору за допомогою місткових схем. Виміряти невідомі опори містком Уітстона і зробити перевірку правил додавання цих опорів при їх послідовному і паралельному з’єднанні.

ІІ. Для роботи потрібні: реохорд, магазин опорів, гальванометр, шунт гальванометра, набір резисторів, джерело струму, перемикач, з’єднувальні проводи.

ІІІ. ТЕОРЕТИЧНІ ПИТАННЯ, ЗНАННЯ ЯКИХ

НЕОБХІДНЕ ДЛЯ ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Опір провідників та їх сполучення.

2. Електричний струм. Струм у паралельно та послідовно сполучених провідниках.

3. Правила Кірхгофа для розгалужених кіл.

4. Основні положення класичної електронної теорії провідності металів.

ІV. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ТА ОПИС УСТАНОВКИ

1. У даній роботі для вимірювання опору використовується класична місткова схема, якою є міст Уітстона. Принципова схема цього містка зображена на рис.2.1.

У цій схемі R1, R2, R3, R4 – опори, що називаються плечима містка; Е - джерело струму; К – вимикач; Г – нульгальванометр, який є індикатором відсутності струму на діляці BD при вимірюваннях. Добором опорів R1, R2, R3 та R4 можна домогтися того, щоб різниця потенціалів між вузлами В і D дорівнювала нулю, тобто, потенціали точок В і D були однаковими (φВ = φD ). У цьому випадку міст перебуває в урівноваженому стані і різниця потенціалів між точками А і В дорівнює різниці потенціалів між точками А і D, а різниця потенціалів між точками С і В дорівнює різниці потенціалів між точками С і D:

φA - φВ = φA - φD,

φC - φВ = φC - φD.

Відповідно до закону Ома для однорідної ділянки кола різниця потенціалів або напруга на цій ділянці дорівнює добутку сили струму на опір (спаду напруги):

φA - φВ =UAB=I1R1;

φAφD =UAD=I4R4;

φC - φВ =UCB=I2R2;

φCφD =UCD=I3R3;

де I1, I2, І3, І4 - значення сили струмів у плечах R1, R2, R3, R4. Для стану рівноваги містка

I1R1= I4R4;

I2R2= I3R3

Поділивши почленно ці рівності, дістанемо:

Оскільки φВ = φD, то струм на ділянці BD дорівнює нулю, тому І12 та І34. 3 урахуванням цього одержимо співвідношення між опорами плечей містка в стані рівноваги:

Користуючись цим співвідношенням, можна визначити будь-який із чотирьох опорів, якщо відомі інші:

Необхідно мати на увазі, що при монтажі містка Уітстона в лабораторних умовах завжди будуть існувати перехідні опори в різноманітних контактах, що можуть привносити значні похибки у вимірювання.

2. На практиці для вимірювання опорів застосовують спеціальні прилади – містки постійного струму. Принципова схема такого містка нічим не відрізняється від схеми містка Уітстона. Замість опору R2 в цих приладах вмонтований магазин опорів із різноманітною кількістю декад. Замість опорів R3 і R4 використовується реохорд із перемикачем співвідношення R3/R4. Перехідні опори в заводських містках жорстко обмежені, що дає змогу вести вимірювання з великою точністю.

Монтажна схема містка Уітстона зображена на рис.2.2. У ділянку містка АВ включається невідомий опір Rх; як R2 у ділянці ВС використовується магазин опорів RМ. Опорами R3 і R4 у ділянках містка AD і DC є опори ділянок дроту, закріпленого в точках А і С.

Дріт АС ділиться рухомим контактом D на два відрізки l1 і l2 так, що l1+l2=l. Ділянці l1 буде відповідати опір R4, а ділянці l2 - опір R3. Дерев'яна панель із міліметровою лінійкою і натягнутим дротом АС з повзунком D утворюють в цілому реохорд (дільник напруги). Підбираючи опір магазина і переміщуючи контакт D, можна домогтися виконання умови рівноваги:

.

Опір ділянки однорідного дроту з перерізом S пропорційний до його довжини, тому

і ,

де ρ - питомий опір матеріалу дроту. Тоді умова рівноваги містка запишеться у вигляді

(2.1)

Необхідно відзначити, що похибка вимірювання невідомого опору Rx буде менша в тому випадку, якщо рухомий контакт реохорда буде міститися посередині дроту, тобто якщо l1=l2=l/2. У цьому разі в момент рівноваги містка Rx= RM.

Індикатором відсутності струму в ділянці BD є нуль-гальванометр Г магнітоелектричної системи, що має чутливість по струму порядку

10-7 А/поділка і шкалу, нуль якої міститься посередині шкали.

Для вмикання джерела живлення Е і гальванометра застосовують подвійний кнопковий вимикач К, що забезпечує послідовність і короткочасність їхнього вмикання. При натисканні кнопки спочатку включається джерело живлення, а потім (через долі секунди) гальванометр. Це необхідно, оскільки у противному разі, при неврівноваженому стані містка, можна спалити гальванометр через виникнення ЕРС самоіндукції. Короткочасність вмикання також необхідна тому, що тривале проходження струму змінює опір плечей через нагрівання останніх.

V. ЗАВДАННЯ ТА ХІД ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Визначення опору за допомогою містка Уітстона

1. Провести монтаж схеми електричного кола за рис.2.2, підключивши як Rx один із невідомих опорів, наприклад, Rx1.

2. Замкнути перемикачем К1 електричне коло шунта Rш і встановити його на найменший опір.

3. Увімкнути в магазині Rм опір на декілька десятків омів.

4. Рухомий контакт D встановити посередині (l=0,500 м) реохорда.

5. При короткочасних (долі секунди) натисканнях кнопки перемикача домогтися зміною опору магазина Rм встановлення стрілки гальванометра в нульове положення.

6. Поступово, збільшуючи опір Rш шунта, змінювати опір Rм магазина для повернення стрілки гальванометра на нульове положення.

7. Збільшення опору Rш шунта закінчити повним його виключенням (переми-

качем К1 ). Тоді зробити відлік опору Rм магазина*) і занести його в таблицю 2.1.

8. Аналогічно провести вимірювання й інших невідомих опорів Rx2, Rx3, підключаючи їх замість Rx1.

9. Виміряти загальний опір послідовного з’єднання провідників Rxпосл.

10. Виміряти загальний опір паралельного з’єднання провідників Rxпар. Результати всіх вимірювань занести в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1

Rx

Похибки

Розраховані

значення

Розбіжність

Ом

ε, %

Rx, Ом

Ом

Ом

Rx1

Rx2

Rx3

Rxпосл.

Rxпар.

Rпосл.=

Rпар.=

Rпосл.=

Rпар.=

7. Розрахувати відносну похибку вимірювань Rx за формулою

,

де γ- клас точності магазина опорів; RМ – відлік по магазину опорів; RN – номінальне (найбільше) значення опору використаної декади, що має найбільший множник; l=0,5·10-3 м – абсолютна похибка установки рухомого контакту на середині дроту АС довжиною l .

8.Розрахувати абсолютну похибку вимірювань

9. Розрахувати загальне значення опору провідників при послідовному і паралельному з’єднанні

;

.

10. Порівняти виміряні і розраховані значення загального опору, визначивши різницю

Результати всіх розрахунків занести в таблицю 2.1 і зробити висновки.

VI. ЛІТЕРАТУРА

[1] – стор. 319-323, 382-385.

[2] – стор. 51-57.

[3] – стор. 98-99, 104-106.

[4] – стор. 87-96, 101-103.

[5] – стор. 282-298.

[7] – стор. 51-55.

[8] – стор. 34-39.

[9] – стор. 59-63.

VII. ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ І КОНТРОЛЮ

1. Запишіть формулу закону Ома для однорідного кола, розкрийте фізичний зміст величин, що в неї входять.

2. Нарисуйте схему містка Уітстона. За допомогою закону Ома і правил Кірхгофа виведіть формулу рівноваги містка.

3. Проаналізуйте, виходячи з формули відносної похибки вимірювань, чому рухомий контакт реохорда краще встановлювати посередині?

4. Місток Уітстона перебуває в рівновазі при співвідношенні плечей реохорда l1/l2 = 1. У скільки разів треба змінити опір магазина rm , щоб міст перебував у рівновазі при співвідношенні плечей реохорда l1/l2 = 1/3?

5. Чому в місткових схемах застосовують кнопкові ключі?

Соседние файлы в папке Metodychka_201