Задание № 2 Определение удельного сопротивления нихрома

1. Заменить в цепи показанной на рис.2 сопротивление R_x катушкой из нихромовой проволоки. Записать в табл.2 указанные на катушке длину L и ее диаметр d.

2. Поставить ползунок D на середину реохорда ( l₁ = l₂ ). Сбалансировать мост Уитстона с помощью магазина сопртивлений R_M и записать в таблицу 2, полученные значения сопротивления R_x (сопротивление катушки).

3. Действия , описанные в п.1 и п.2 повторить еще для двух катушек нихромовой проволоки . Записать в таблицу 2 соответствующие значения L, d и R_x.

4. Вычислить и записать в табл. 2 ,площади сечения использованных проволок.

5. По формуле  = R_x S / L вычислить и записать в табл. 2 три значения удельного сопротивления нихрома.

6. Вычислить и записать в табл. 2 среднее значение , абсолютную погрешность каждого измерения и среднюю абсолютную погрешность.

32

7. Вычислить относительную погрешность . Записать окончательный результат в стандартной форме.

Таблица 2.

№ пп	L	d	S	Rx		
1
2
3
Cp

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический ток ?

2. При каких условиях возникает ток проводимости.

3. Какими физическими величинами описывается электрический ток.

4. Сформулировать закон Ома в дифференциальной и интегральной формах для однородного, неоднородного участка и замкнутой цепи.

5. Что такое сопротивление проводника? От чего оно зависит?

6. Описание строения металла с точки зрения классической электронной теории.

7. Что является носителями тока в металлах? Как объясняется сопротивление металла классической электронной теорией.

8. Что представляет собой “мост Уитстона”?

9. Каким образом происходит определение неизвестных сопротивлений с помощью “моста Уитстона”?

33

4 Лабораторная работа №35 Определение электродвижущей силы источника тока.

Цель работы: определить неизвестную величину электродвижущей силы элемента методом компенсации.

4.1 Краткие теоретические сведения

Если в проводнике создать электрическое поле, то перемещение носителей тока очень быстро приведет к тому, что поле внутри проводника исчезнет и ток прекратится (рис.1а). Для поддержания тока в течение длительного времени необходимо, чтобы в проводнике существовало электрическое поле. Этого можно добиться, если постоянно нарушать равновесное распределение зарядов в проводнике: например, переносить заряды из областей с меньшим потенциалом (носители тока предполагаются положительными) в области с более высоким потенциалом (рис.1б). Иными словами, необходимо осуществить круговорот зарядов, при котором они двигались бы по замкнутому пути.

Циркуляция вектора напряженности электростатического поля по замкнутому пути равна нулю. Поэтому в замкнутой цепи наряду с движением положительных зарядов под действием сил электростатического поля в сторону убывания потенциала, должны быть участки цепи, где перенос положительных зарядов происходил бы в направлении возрастания потенциала, т.е. против сил электростатического поля. Перемещение носителей тока против сил электростатического поля, возможно только под действием сил не электростатического происхождения – сторонних сил. Эти силы порождаются химическими процессами, диффузией носителей тока в неоднородной среде, электрическими полями, порождаемые переменными во времени магнитными полями.

Рис. 1

Устройства, которые

34

являются источниками сторонних сил, принято называть источниками тока.

Основная характеристика источника тока – электродвижущая сила (ЭДС). Э.Д.С. источника – это физическая величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению положительного единичного заряда по цепи. Следовательно, если работа сторонних сил над зарядом q равна А, то

Э.Д.С. измеряется в Вольтах.

Величина сторонней силы _ст, действующей на заряд равна

,

где – напряженность поля сторонних сил. Работа сторонних сил над зарядом q на участке цепи 1-2 равна

.

Разделив эту работу на q, получим Э.Д.С., действующую на данном участке:

.

Аналогичный интеграл, вычисленный для замкнутой цепи, даст Э.Д.С., действующую в этой цепи:

.

Таким образом, Э.Д.С. действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил.

Учитывая то, что на заряд в каждой точке цепи действуют и электростатические и сторонние силы, то суммарная сила равна

.

Работа, совершаемая этой силой над q зарядом на участке 1-2, определяется выражением

35

. (1)

Физическая величина, численно равная работе, совершаемой при перемещении единичного заряда электростатическими и сторонними силами, называется падением напряжения или просто напряжением на данном участке цепи. В соответствии с формулой (1)

. (2)

Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы, называется однородным участком цепи. Если на носители тока действуют и сторонние силы, то такой участок цепи называется неоднородным. Используя выражение (2), формулу закона Ома для неоднородного участка цепи (рис.2а) можно записать в виде

. (3)

Необходимо помнить, что, если Э.Д.С. способствует движению положительных зарядов в выбранном направлении, то Е0, если препятствует, то Е0.

Положив в формуле (3) ₁=₂, получим выражение закона Ома для замкнутой цепи (рис.2б):

. (4)

В формулах (3) и (4) R – это полное сопротивление цепи, которое включает в себя внутреннее сопротивление источника тока, сопротивление соединительных проводов и сопротивление потребителей электрической энергии.

Формулы (3)-(4) используются для расчета простых цепей. Расчет сложных цепей упрощается, если пользоваться правилами Кирхгофа. Первое из них относится к узлам цепи. Узел это точка, в которой сходится более, чем два проводника. Первое правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле равна нулю:

36

. (5)

Второе правило относится к любому замкнутому контуру, выделенному в этой цепи. Согласно второму правилу Кирхгофа, алгебраическая сумма падений напряжений на каждом участке выбранного замкнутого контура равна алгебраической сумме Э.Д.С., включенных в этот контур:

. (6)

Решения системы уравнений (5)-(6) позволят найти все токи в цепи, а также рассчитать напряжения на отдельных участках цепи.