1.6 Правила техніки безпеки при виконанні лабораторних робіт

Під час виконання лабораторних робіт потрібно бути уважним і строго дотримуватись правил техніки безпеки.

Виконуючи лабораторну роботу на експериментальній установці необхідно пам’ятати:

1. Електрична схема монтується за допомогою сполучних провідників, які повинні мати надійну ізоляцію.

2. Контакти в місцях з’єднання провідників повинні бути надійними.

3. Переплетіння навіть ізольованих провідників не допускається.

4. Джерело струму потрібно підключати в останню чергу, а відключати в першу чергу.

5. Усі реостати, що вмикаються в коло, попередньо повинні бути встановлені на максимальний опір.

6. потенціометри попередньо встановлюються на мінімум напруги, що подається в коло.

7. Усі ключі та комутатори перед виконанням роботи повинні бути розімкнені.

8. Приступати до виконання роботи без перевірки схеми викладачем чи черговим лаборантом забороняється.

9. Електричне коло замикається тільки на час виконання вимірювань і запису показань приладів.

При виконанні лабораторних робіт забороняється:

- Вмикати рубильники та вилки без дозволу викладача або чергового лаборанта.

- Перемонтовувати схему, яка знаходиться під напругою.

- Торкатися неізольованих ділянок схеми.

- Залишати без нагляду схему, яка знаходиться під напругою.

Лабораторна робота № 1-II. Вимірювання питомого опору провідника

Мета роботи:

1. Вивчити принципи роботи електровимірювальних приладів і застосування їх для вимірювання напруги U та струму I.

2. Виміряти величину опору R_x ділянки електричного кола, застосовуючи вольтметр та амперметр.

1.1-II Теоретичні відомості

Питомий опір провідника можна було б виміряти, якщо виготовити з даного матеріалу провідник довжиною один метр з площею поперечного перерізу рівною одному квадратному метру і виміряти його опір. Питомий опір провідника є фізичною характеристикою матеріалу і його стану, яка однакова для провідників різної форми виготовлених з однакових матеріалів. Опір провідника правильної геометричної форми можна розрахувати знаючи його питомий опір , довжину і площу поперечного перетину :

.

(1.1-II)

Найпростішим способом вимірювання опору є метод амперметра і вольтметра. Він зводиться до того, що до провідника прикладають напругу, яка вимірюється вольтметром, і амперметром вимірюють струм, який проходить через провідник. Далі користуючись законом Ома можна розрахувати опір провідника.

Струм в провіднику – це направлений рух електронів провідності, які виникають при усуспільненні валентних електронів атомів металу. Згідно класичних уявлень ці електрони представляють собою газ, що має три ступені свободи. При кімнатній температурі швидкість руху електронів провідності - м/с, а довжина вільного пробігу – всього м. При максимально допустимих величинах струму швидкість направленого руху становить всього м/с, що в менше за швидкість теплового руху.

В межах класичних уявлень електричний опір обумовлений зіткненням електронів провідності з вузлами кристалічної решітки і її дефектами, куди входять порушення періодичності решітки, атоми металу, розміщені між вузлами решітки, відсутність атома в вузлі решітки, різні домішки. Тому, за рідкими винятками, опір сплаву металі більший за опір його складових.

2.1-II Методика проведення експерименту і опис установки

Зовнішній вигляд лабораторної установки показаний на рис. 1.1-II Уздовж стійки з діленнями натягнуто провідник (реохорд) у вигляді металевого дроту. Уздовж провідника можна пересувати ковзаючий контакт (контактний затискач) і, таким чином, включати в схему вимірів частину провідника, розташовану між точками А і С. У вимірювальному блоці знаходяться джерело постійної напруги з регулятором струму і вимірювальні прилади – амперметр і вольтметр. Для виміру опору між точками А і С використовується метод амперметра і вольтметра, при цьому за допомогою перемикача можна вибирати дві різні схеми підключення приладів до вимірюваного опору. Тут використовуватимемо схему показану на рис. 2.1-II (U_o- напруга джерела, r_а, r_в - внутрішні опори амперметра і вольтметра). На тому ж рисунку показана відповідна еквівалентна схема.

У схемі вольтметр показує напругу на паралельному з'єднанні вимірюваного опору і вольтметра, тому

(2.1-II)

Відповідно до методу амперметра-вольтметра і закону Ома вимірювана величина опору буде рівна

(3.1-II)

Користуючись формулою (1.1-II) знаходимо дійсні значення шуканого опору:

(4.1-II)

Якщо - довжина провідника, (див. рис. 1-II.1), - площа його поперечного перетину, яка розраховується з виміряного діаметру дроту , то для питомого опору металу отримаємо:

(5.1-II)

де R₁ - величина опору порахована по формулі (3.1-II).

3.1-II Хід виконання роботи

1. Перевести ручку регулятора струму в крайнє ліве положення. Ковзаючий контакт встановити в середнє положення. Перемикач встановити в натиснене положення, що відповідає схемі 1.

2. Для вибраної довжини дроту зробити виміри l і d, результати занести до таблиці 1.1-II.

3. Включити установку в мережу (виконує лаборант). Регулятором струму встановити величину струму I₁ = 150 мА, зробити виміри напруги U₁ і струму I₁ в схемі 1. Отримані дані занести до таблиці 1.1-II.

4. Зробити обробку результатів прямих вимірювань, представлених в таблиці 1.1-II.

Рис 1-II.1	Рис 1-II.2

5. Виходячи з характеристик електровимірювальних приладів порахувати абсолютні похибки вимірювання величини струму Δ I₁ і напруга ΔU₁:

Δx = k Xг

де: k – клас точності приладу у відносних одиницях, Х_г – верхня межа вимірювань приладу.

6. По формулі (2.1-II) розрахувати величину R₁.

7. Розрахувати абсолютну похибку вимірювання R₁ :

8. По формулі (1-II-2.4) розрахувати величину ρ.

9. Розрахувати абсолютну похибку вимірювання питомого опору ρ:

10. Результати записати до таблиці 1-II-1.

Таблиця 1.1-II.

l, м
Δl, м
d, м
Δd, м
U, В
ΔU, В
I, А
ΔI, А
R1, Ом
ΔR1
ρ, Ом·м
Δρ, Ом·м

4.1-II Контрольні питання

1.1-II Сформулюйте закон Ома для однорідного металевого провідника. Поясніть, від яких параметрів залежить його електричний опір.

2. 1-II Яким чином з результатів вимірів визначається величина питомого опору провідника?

3. 1-II Порядок обробки результатів вимірів і розрахунку похибок.

5.1-II Література

1. 1-II Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики: Навчальний посібник – Т. 2.: Електрика і магнетизм. – К.: Техніка, 2001. – 452 с.

2. 1-II Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. М.: Наука, 1998 г.