5 Завдання

5.1 Виконати вимір чотирьох невідомих опорів двома способами.

5.2 Написати висновки та відповісти на контрольні запитання.

6 Питання вхідного контролю

6.1 У чому полягає закон Ома?

6.2 Чому найдеться така точка D на реохорді (мал. 1), у якій потенціал дорівнює потенціалу в точці Е?

6.3 Навіщо в схемі потрібний гальванометр? Це амперметр чи вольтметр?

7 Хід роботи

Кадр із роботи наведений на рис. 2. У даній роботі пропонується виконати вимір чотирьох невідомих опорів двома способами.

Рис. 2

Рекомендується наступний порядок роботи.

1. Приєднати до схеми невідомий опір.

За допомогою радіокнопки підключіть до намальованої електричної схеми один із двох невідомих опорів або з'єднаєте їх послідовно (або паралельно).

2. Зробити рівними плечі реохорда.

За допомогою повзунка реохорда зробіть його плечі рівними. На початку роботи вони вже мають однакову довжину.

3. Визначте невідомий опір.

Відомий опір зображений у формі реостата. Переміщаючи його повзунка й, тим самим, міняючи його опір, досягніть того, щоб струм через гальванометр став рівним нулю, при цьому поле гальванометра стане червоного кольору. При рівних плечах реохорда невідомий опір дорівнює відомому.

4. Визначте інші опори.

За допомогою радіокнопок встановіть потрібний опір. Описаним вище способом визначте величину трьох інших опорів. Плечі реохорда варто залишати однаковими. Перевірте закони послідовного і паралельного сполучення провідників.

5. Поставити яке-небудь значення відомого опору.

За допомогою движка реостата встановіть значення відомого опору. Рекомендується встановити 50 Ом. При встановленні значення, яке сильно відрізняється від цієї величини, вимір великих або малих опорів може виявитися неможливим.

6. Знову визначити величину всіх опорів.

Визначите величину всіх 4 невідомих опорів іншим способом, домагаючись відсутності струму через гальванометр за допомогою зміни положення повзунка В на реохорді АС. У цьому випадку величина невідомого опору визначається по робочій формулі (7) через відношення довжин плечей реохорда.

7. Продумайте вид таблиці та занесіть в неї всі необхідні дані, які отримані в ході виконання роботи

8 Питання вихідного контролю

8.1 Чи обов'язково в схемі потрібний саме реохорд, тобто калібрований дріт? Чи можна його чим-небудь замінити?

8.2 Коли невідомий опір вимірюється точніше: коли движок реохорда в центрі або коли він не в центрі?

8.3 Як перевірити закони послідовного і паралельного сполучення провідників у цій роботі?

9 Перелік посилань

9.1 Лабораторний практикум з фізики. Навч.посібник/за ред. І.Є.Лопатинського, Львів: вид.НУ «Львівська політехніка»2002. ч.1. ст.54-60.

9.2 Загальна фізика: Лабораторний практикум.: Навч.посібник/ В.М.Барановський, П.В.Бережний, І.Т.Горбачук та ін.; За заг.ред. І.Т.Горбачука. – К.: Вища шк.., 1992-509 с.

Лабораторна робота №8 Дослідження кіл постійного струму

1 Мета роботи

Дослідження та комп'ютерне моделювання кіл постійного струму та підтвердження правил Кірхгофа.

2 Теоретичні відомості

У даній роботі використовується комп'ютерна модель, що базується на законі Ома для замкнутого кола: сила струму в замкнутому колі прямо пропорційний ЕРС, що діє в колі, і обернено пропорційна сумі електричних опорів зовнішньої та внутрішньої ділянок кола:

(1)

де E – ЕРС (електрорушійна сила),

R — зовнішній опір,

г — внутрішній опір джерела струму (у комп'ютерній моделі внутрішнім опором нехтують, вважаючи його достатньо малим).

Електричні кола часто містять кілька замкнутих контурів. Контури можуть мати загальні ділянки, у кожній з яких може бути включене по кілька джерел струму і т.д. Розрахунок подібних ланцюгів можливий за допомогою закону Ома та закону збереження енергії, але досить складний. Для розгалужених електричних кіл Кірхгоф запропонував два правила, які значно спрощують процес їхнього розрахунку.

Перше правило Кірхгофа: Алгебраїчна сума струмів у вузлі, дорівнює нулю:

(2)

Будь-яку точку розгалуженого кола, у якій сходиться більше трьох провідників зі струмом, називають вузлом. Струми, що входять у вузол, беруться з одним знаком (вважаються позитивними), а струми, що виходять із вузла, беруться з протилежним знаком (вважаються негативними).

Друге правило Кірхгофа: у будь-якому, довільно обраному, замкнутому контурі розгалуженого електричного кола, алгебраїчна сума добутків сил струмів на опори відповідних ділянок цього контуру дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС включених у цей замкнутий контур:

(3)

При розрахунку складних кіл постійного струму із застосуванням правил Кірхгофа необхідно: 1) Вибрати довільний напрямок струмів на всіх ділянках кола. 2)Вибрати напрямок обходу контуру й строго його дотримуватися: добуток позитивний, якщо струм на даній ділянці збігається з напрямком обходу; ЕРС , що діють по обраному напрямку обходу, уважаються позитивними, проти — негативними. 3)Скласти стільки рівнянь, щоб їхнє число було рівним числу шуканих величин (у систему рівнянь повинні входити всі опори і ЕРС розглянутого кола); кожний розглянутий контур повинен містити хоча б один елемент, що не міститься в попередніх контурах, інакше вийдуть рівняння, що є простою комбінацією вже складених.

У даній лабораторній роботі досліджується модель найпростішого розгалуженого електричного кола, що складає із трьох джерел ЕРС із внутрішніми опорами, підключених до одного резистора (навантаженню) R (схема 1 на рис.1).

Рис.1. Схема 1 електричного кола для перевірки правил Кірхгофа.

Відкрийте комп'ютерну модель «Кола постійного струму». Уважно розглянете модель, знайдіть всі регулятори й інші основні елементи. Розглянете, який значок на панелі установки значень відповідає елементу електричного кола (сполучні проводи, джерело струму, резистор, вольтметр і амперметр) і замалюйте їх у звіті. При відкритті комп'ютерної моделі робоче поле позначене крапками, між якими можливо розміщати елементи електричного кола.

Зберіть на чистому екрані комп'ютерної моделі найпростіше електричне коло. Для прикладу зберіть коло, зображений на рис. 2 (для виміру сили струму амперметр (А) підключають до провідника послідовно, для виміру напруги вольтметр (V) підключають до провідника паралельно).

Рис. 2. Комп'ютерна модель «Кола постійного струму» у режимі складання кола та встановлення значень ЕРС та опорів.

Для встановлення джерела струму спочатку клацніть лівою кнопкою миші в нижній лівій частині екрана на кнопку ЕРС. Перемістіть маркер миші на робочу частину екрана, де розташовані крапки. Клацніть лівою кнопкою миші в робочій частині екрана, де будете розміщати джерело струму (ЕРС). Після цього з'явиться зображення джерела струму й цифри 1.0 над ним. Завжди при розміщенні джерела струму модель автоматично встановлює значення його ЕРС. рівне 1.0 В. У нижній правій частині екрана комп'ютерної моделі розміщена масштабна лінійка, за допомогою якої можна задавати необхідне значення ЕРС джерела струму. Для встановлення необхідного значення E (ЕРС) клацніть лівою кнопкою миші на кнопці зі стрілкою.

Підведіть маркер миші до движка регулятора значень ЕРС. Натисніть ліву кнопку миші й, утримуючи її в натиснутому стані, міняйте величину параметра до встановлення необхідного числового значення (наприклад, 2.0 В).

Для встановлення резистора (провідника) клацніть лівою кнопкою миші в нижній лівій частині екрану на кнопку резистора. Перемістіть маркер миші на робочу частину екрану, де розташовані крапки. Клацніть лівою кнопкою миші в робочій частині екрану, де будете розміщати резистор. Після цього з'явиться зображення резистора й цифри 1.0 над ним. Завжди при розміщенні резистора модель автоматично встановлює значення його опору рівне 1.0 Ом. У нижній правій частині екрана комп'ютерної моделі розміщена масштабна лінійка, за допомогою якої можна задавати необхідне значення опору. Для встановлення необхідного значення R клацніть лівою кнопкою миші на кнопці зі стрілкою. Підведіть маркер миші до движка регулятора значень R. Натисніть ліву кнопку миші й, утримуючи її в натиснутому стані, міняйте величину параметра до встановлення необхідного числового значення (наприклад, 3.5 Ом).

Для встановлення амперметра (або вольтметра) клацніть лівою кнопкою миші в нижній лівій частині екрана на відповідну кнопку. Перемістите маркер миші на робочу частину екрана, де розташовані крапки. Клацніть лівою кнопкою миші в робочій частині екрану, де будете розміщати амперметр або вольтметр. Після цього з'явиться зображення відповідного елемента. У позначенні вимірювальних приладів (амперметра й вольтметра) на схемі в комп'ютерній моделі символи «+» і «-» позначають полярність підключення.

Підключите сполучні провідники. Для цього натисніть кнопку провідника внизу екрана, після чого перемістіть маркер миші в робочу зону схеми. Клацніть лівою кнопкою миші в крапці, де проходить провідник. Готова електрична схема показана на рис 2. у режимі складання кола й установки значень необхідних параметрів - при цьому режимі значення вимірюваних величин (струм і напруга) не показані.

У комп'ютерній моделі є дві кнопки: «Рахунок» і «Очистити». Натискання кнопки «Очистити» дає чисте робоче поле комп'ютерної моделі. Натискання кнопки «Рахунок» дозволяє зняти покази вимірювальних елементів електричного кола – амперметра й вольтметра. Наприклад, зібрана раніше схема (рис.2) після натискання кнопки «Рахунок» показує значення струму 0.57А і напруги 2.00В

Комп'ютерна модель «Кола постійного струму» дозволяє: а) вносити зміни в електричну схему та б) змінювати значення ЕРС E і опорів R уже створеної схеми.

Для внесення змін необхідно підвести маркер миші до того місця електричного кола, у якому необхідно замінити елемент ланцюга й один раз клацнути лівою кнопкою миші – це приводить до знищення елемента; далі встановлюють елементи кола і їхні чисельні значення, як описано вище.

Змінювати значення ЕРС E і опорів R уже створеної схеми можна при активному режимі елемента, коли елемент на схемі в комп'ютерній моделі пофарбований у червоний колір і внизу праворуч відкрита шкала можливих значень цього елемента. Для встановлення необхідного значення підведіть маркер миші до движка регулятора значень елемента, натисніть ліву кнопку миші та, утримуючи її в натиснутому стані, міняйте величину параметра до встановлення необхідного числового значення, величина якого вказується на екрані моделі біля елемента.

Ввести елемент в активний режим можливо наступними діями:

натиснути маркер миші на кнопку позначення елемента, натиснути маркер миші на кнопку позначення стрілочки, натиснути маркер миші на елемент у схемі комп'ютерної моделі.

3 Підготовка до роботи

3.1 Ознайомитись з інструкцією.

3.2 Опрацювати теоретичний матеріал за темою роботи

3.3 Навчитись використовувати правила Кірхгофа для складання рівнянь необхідних для розрахунку.

3.4 Відповісти на контрольні питання.

3.5 Продумати методику виконання роботи.

3.6 Ознайомитись з правилами оформлення звітів і підготувати бланк звіту по даній роботі

4 Інструменти, обладнання і прилади

Лабораторний макет, калькулятор.