Контрольные вопросы

. 1. В чем заключается поляризация диэлектриков? Какая величина является количественной характеристикой поляризации? Как эта величина связана с напряженностью электрического поля в диэлектрике?

. 2. Опишите различные типы поляризации: электронного смещения, ионного смещения, ориентационную, спонтанную.

. 3. Определить понятие: «сегнетоэлектрическое состояние». Опишите основные свойства сегнетоэлектриков.

. 4. Как зависит диэлектрическая поляризация от температуры. Что такое температура Кюри?

. 5. Нарисуйте принципиальную электрическую схему для получения петли гистерезиса и объясните ее работу.

. 6. Получите формулу, по которой в работе определяется диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрика.

Лабораторная работа № 3 измерение токов, напряжений и сопротивлений.

Цель работы: Измерение сопротивления проводников методами точного измерения тока и точного измерения напряжения; определение удельного сопротивления материала проводника.

Теория.

Приборы, реагирующие на ток, называются гальванометрами. В зависимости от действий тока – теплового, магнитного, химического и светового – существуют и гальванометры разного типа. Наиболее распространёнными являются гальванометры электромагнитного типа.

В зависимости же от назначения гальванометры могут служить амперметрами, вольтметрами и омметрами. Дело в том, что напряжение и ток, согласно закону Ома, пропорциональны друг другу, поэтому обе эти величины и могут быть измерены при помощи одного и того же прибора.

Показания амперметра определяются током, идущим через него. Поэтому амперметр включается в цепь последовательно. Очевидно, что сопротивление амперметра должно быть очень малым (рис. 1, а)).

Рис.1.

Для увеличения предела измерения амперметра параллельно амперметру включают т. н. шунт (рис. 1, б)). Допустим, амперметр имеет предел измерения I_A, а нам необходимо измерить ток в n раз больший:

I/I_A = n.

Поскольку токи в ветвях обратны их сопротивлениям, т. е.

I_ш / I_A = r_A / r_ш,

постольку

r_ш = r_A I_А/I_ш = r_A I_А/(I – I_А) = r_A/(n – 1). (1)

Соотношение (1) позволяет вычислить сопротивление шунта.

Гальванометр, предназначенный служить вольтметром, т. е. для измерения напряжения на участке цепи, присоединяется к нему параллельно (рис. 2).

Рис.2.

Сопротивление вольтметра должно быть значительным, поскольку ток в участке разветвляется. Действительно, включение вольтметра между точками M и N цепи изменяет напряжение, бывшее до этого, так как вольтметр образует параллельный участок. Сопротивление разветвлённого участка оказывается равным

R_х = R R_v/(R + R_v) = R  1/(1+R/R_v),

где R – сопротивление участка цепи, на котором нужно измерить напряжение, а R_v – сопротивление вольтметра. Из данного соотношения видно, что сопротивление R_х тем меньше отличается от R, чем больше сопротивление вольтметра R_v. В этом случае и напряжение меняется мало.

Для расширения предела измерения вольтметра к нему дополнительно присоединяют добавочное сопротивление. Допустим, предел измерения вольтметра составляет U_v вольт, а нам необходимо измерить напряжение в n раз большее:

U/U_v = n.

Поскольку U = U_v + U_доб, постольку

(U_v + U_доб) / U_v = 1 + U_доб / U_v = n.

При последовательном соединении напряжение распределяется пропорционально сопротивлению, т. е.

U_доб/U_v = R_доб/R_v,

поэтому величина добавочного сопротивления оказывается равной

R_доб = (n – 1)R_v. (2)

Определение сопротивления методом амперметра и вольтметра.

а) Измерив силу тока I амперметром и напряжение U вольтметром (рис. 3, а)), величину сопротивления найдём расчётом по формуле

R^/_x = U/I.

Найденная величина R^/_x больше действительного значения измеряемого сопротивления R_x, так как вольтметр, включённый по схеме рис. 3, а), предназначенной для измерения относительно больших сопротивлений, измеряет сумму напряжений на измеряемом сопротивлении IR_x и на амперметре IR_A. Действительная величина сопротивления

R_x = U/I – R_A. (3)

Если измеряемое сопротивление велико по сравнению с сопротивлением амперметра, то последним в формуле (3) можно пренебречь.

Рис. 3.

б) При измерении по схеме рис. 3, б), предназначенной для измерения относительно небольших сопротивлений, найденное по формуле

R^//_x = U/I

сопротивление будет меньше действительной величины измеряемого сопротивления, так как амперметр измеряет сумму токов в измеряемом сопротивлении и в вольтметре. Поэтому действительная величина сопротивления

R_x = U/(I – I_v). (4)

Если сопротивление вольтметра велико по сравнению с измеряемым, то током вольтметра в формуле (4) можно пренебречь.

Методика работы. Описание лабораторной установки.

Рис. 4

Установка (рис. 4) состоит из основания 1 с регулируемыми ножками 2, к которому крепится блок питания 3 и стойка 4. На стойке 4 установлены два неподвижных кронштейна 5 и 6, к которым крепится тонкий провод. Токосъемный контакт 8 ограничивает длину провода, сопротивление которого измеряется. Длина провода отсчитывается по линейке 9, нанесенной на стойке 4. Цена деления линейки 1 мм, отсчет берется по положению визирной метки 10. Контакт 8 может свободно переме­щаться по стойке 4 при ослабленном винте 11. Переместив контакт 8, винт 11 необходимо снова закрепить.

На лицевой панели блока питания расположена кнопка 12 переключения метода измерения сопротивления: моста или амперметра-вольтметра. Здесь же находится кнопка 13 для включения схемы (а) или (б) по рис. 3, вольтметр 14, амперметр 15, тумблер 16 включения установки в сеть, сигнальная лампочка 17 и регулятор тока 18.

Порядок выполнения работы.

1) Включить тумблером 16 питание лабораторной установки.

2) Переключатель 12 на лицевой панели блока питания установки установить в положение V-A.

3) Переключатель 13 установить в положение "Схема а" (кнопка выдвинута). С помощью токосъемного контакта 8 выбрать длину исследуемого провода, равную не менее 0,5 общей длины.

4) Изменяя ручкой «Регулировка тока» величину тока, произвести измерение напряжения для пяти различных токов. Результаты занести в таблицу.

5) По данным таблицы вычислить отношение U/I и сопротивление R_x:

R_x = U/I – R_A. (3)

Схема а)	№ n/n	RA Ом	L М	I A	U B	U/I	Rx Ом	d мм	S мм2	 Ом мм2 / м
	1	0,29						0,36
	–
	5

6) Произвести подобные измерения, включив схему 3, б) (кнопка утоплена).

7) Результаты измерений занести в таблицу.

Схема б)	№ n/n	Rv Ом	L М	I A	U B	U/Rv A	Rx Ом	d мм	S мм2	 Ом мм2 / м
	1	1600						0,36
	–
	5

8) По данным таблицы вычислить отношение U/R_v и сопротивление R_x:

R_x = U/(I – U/R_v). (4)

9) Вычислить средние значения R_x, R_x и относительную погрешность измерения R_x.

10) Зная диаметр проволоки, вычислить площадь её сечения и удельное сопротивление материала; по справочнику установить род вещества.

Контрольные вопросы.

1. Понятия силы тока, плотности тока, ЭДС источника и напряжения.

2. Закон Ома в интегральной и дифференциальной формах.

3. Удельное сопротивление проводника.

4. Расчет общего сопротивления, токов и напряжений при параллельном и последовательно соединении проводников.