5.23 Література
1.23. Кучерук І.М., Горбачук І.Т.. Загальна фізика. Електрика та магнетизм.- К.: Вища школа. 1990.
2.23. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б..Курс общей физики. Т.1.2.3. - М.: Высшая школа, 1987.
3.23. Трофимова Т.И. Курс физики.М.:1983.
4.23. Савельев И.Н. Курс физики. Т 1-3.М.:1982.
5.23. Клименко А.П. та інш. Методичні вказівки №№1-9 до лабораторних рабіт.
6.23.Потапов А.О., Мотіна А.І. методичні вказівки по використанню MCAD для опрацювання результатів лабораторних робіт фізпрактикума. К.:КНУТД. -2005.112с.
Лабораторна робота № 24. Вимірювання опорів за допомогою мосту постійного струму
Мета роботи: вивчити правила Кірхгофа і навчитись застосовувати їх на практиці; вимірювання опорів за допомогою мосту постійного струму.
1.24 Теоретичні відомості
Для розрахунку складних, розгалужених електричних кіл використовують правила Кірхгофа.
Перше правило Кірхгофа: алгебраїчна сума струмів, які стікають (витікають) в електричний вузол, дорівнює нулю:
|
|
(1.24) |
.
Перше
правило Кірхгофа є наслідком умови
неперервності постійного струму - закону
збереження кількості електрики у вузлі
системи кіл :
звідки
.
Друге правило Кірхгофа: алгебраїчна сума добутків сили струму на опір окремих ділянок (падіння напруги) в замкненому контурі (включаючи й внутрішні ділянки) дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних сил, які діють в контурі:
|
|
(2.24) |
.
Це
правило є наслідком закону збереження
енергії для електричних кіл: адже
електрорушійна сила визначається
роботою А зовнішніх сил по
переміщенню електричного заряду q
в замкненому колі
,
а падіння напруги на ділянках кола
дорівнює витратам енергії W
електричного поля на подолання
електричного опору при переміщенні
заряду через ділянку кола
.
Це правило стосується будь-якого замкненого контуру, довільно виділеного в розгалуженому колі.
Практичне застосування правил Кірхгофа і розрахунок розгалуженого кола здійснюється за такою схемою:
1. У розгалуженому колі довільно вибирають замкнені контури і напрямки обходу контурів; стрілками на схемі вказують напрямки струмів на всіх ділянках контуру.
2. Застосовують
перше правило Кірхгофа до вузлів. При
цьому струми
,
що входять у вузол, вважають додатними,
а струми, які виходять із вузла -
від'ємними.
3. Застосовують
друге правило Кірхгофа до замкнених
контурів. Електрорушійні сили
вважають додатними, якщо вони підвищують
потенціал у напрямі обходу контуру
(обхід від «мінуса» до «плюса» джерела
струму, і навпаки. Знак спаду напруги
на ділянці контуру визначають так: якщо
вказаний на схемі напрям струму збігається
з вибраним напрямком обходу, то добуток
має знак «+», у іншому випадку «-».
Мостова схема постійного струму, яка називається мостом Уітстона, зображена на рис.1.24.
|
Схема
складається з опорів
,
,
,
,
один з яких (
)
є, наприклад, невідомим. В одну з діагоналей
вмикається джерело електрорушійної
сили U, в другу – гальванометр
G. Міст, таким чином, є складним
електричним колом і може бути розрахований
за законами Кірхгофа.
При довільному співвідношенні опорів, що складають мостову схему, через гальванометр буде проходити струм. Однак існує єдине співвідношення між опорами пліч мосту, за якого сила струму, що протікає через гальванометр, перетворюється на нуль. В цьому випадку вважають, що міст збалансовано.
Дійсно, згідно з другим правилом Кірхгофа, для будь-якого замкнутого контуру, алгебраїчна сума спадів напруг на окремих ділянках кола дорівнює алгебраїчній сумі діючих на цьому контурі ЕРС:
|
|
(3.24) |
Умова збалансованості моста набуде вигляду (струм к колі гальванометра дорівнює нулю):
|
|
(4.24) |
|
|
,
.З рівнянь (4.24) отримаємо співвідношення для опорів при рівновазі мосту постійного струму
|
|
(5.24) |
,з якої випливає
|
|
(6.24) |
.Таким чином, вибравши опори і , та змінюючи опір , можемо визначити величину опору .