Теоретическое введение. Измерение сопротивлений

Измерение сопротивлений

Цель работы: Изучить особенности измерения сопротивлений методом амперметра и вольтметра.

Приборы и принадлежности: Источник постоянного тока (Е4), амперметр (A), вольтметр (V), переключатель (S2), реостат (R14), исследуемые резисторы (R_x).

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Тела, в которых могут свободно перемещаться электроны, называются проводниками; тела, не обладающие этими свойствами, называются диэлектриками. К проводникам относятся металлы, растворы солей, кислот, расплавленные соли, сильно нагретые газы и т.д.

Диэлектриками являются янтарь, стекло, масло, слюда, газы при обычных температурах и другие.

Указанное деление на проводники и диэлектрики является условным, так как свойство лучше или хуже проводить электрический ток в значительной степени зависит от внешних условий. Например, стекло в расплавленном состоянии становится проводником. К этому следует добавить существование большой группы веществ, называемых полупроводниками, которые по свойству проводить электрический ток занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками, а по характеру проводимости отличаются от металлических проводников.

В проводниках электрическими зарядами, перемещающимися под влиянием электрического поля, служат свободные электроны и ионы. Так, например, электропроводность у всех чистых металлов и сплавов определяется перемещением свободных электронов, у электролитов перемещаются положительные и отрицательные ионы, у сильно нагретых газов проводимость носит смешанный характер.

Каждый проводник оказывает большее или меньшее сопротивление при прохождении через него электрического тока. В соответствии с законом Ома для участка цепи, сила тока в проводнике пропорциональна напряжению, приложенному на концах проводника и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению проводника. Математически закон Ома для участка цепи можно записать так:

I=U/R, (1)

где U - напряжение на концах участка проводника; I - сила тока в проводнике; R - сопротивление проводника. Сопротивление проводника зависит от природы проводника и его размеров. Сопротивление цилиндрического, однородного, металлического проводника с площадью поперечного сечения S, длиной L равно:

R = rL/S, (2)

r - удельное сопротивление проводника, характеризующее свойства данного проводника. Отсюда следует:

r = RS/L,

т. е. r - равно выраженному в Омах сопротивлению куба с ребром 1 м из данного вещества, при токе параллельном одному из ребер куба.

На практике выражают во внесистемных единицах Ом ^. мм²/м. В сис­теме Си размерность r выражается в Ом ^. м²/м. Значения r для различных проводников приводятся в справочной литературе.

Электрическая энергия, а следовательно, и проводники электрическо­го тока, широко используется в различных отраслях народного хозяйства, науки, техники и в быту. Поэтому измерение сопротивлений проводников имеет большое практическое значение.

В принципиальном отношении уравнение (2) может служить для целей измерения сопротивлений R, если для данного проводника известны и экспериментально определенны L и S. Однако на практике такой метод неудо­бен и не может обеспечить высокую точность результата измерений. Часто применяемые металлические проводники имеют огромную длину и очень малые сечения, что значительно осложняет процесс измерения и не гарантирует необходимую точность. Поэтому такой метод используют только для грубой оценки сопротивлений проводников. Второй метод измерения вытекает из закона Ома уравнения (1). В этом случае необходимо измерить напряжение на концах проводника и силу тока, протекающего через проводник. При практическом осуществлении этого метода также возникают ряд осложнений (учет дополнительного сопротивления, погрешность измерительных приборов и другие), вследствие чего на практике такой метод применяется чаще всего при грубых измерениях.

Следующий метод - прямое измерение сопротивлений с помощью омметра. Кроме рассмотренных методов существует ряд других удобных и точных методов измерения сопротивлений проводников, один из которых, основанный на принципе так называемого уравновешенного мостика Уинстона. В этом и других подобных методах используется разветвленная электрическая цепь, для расчета которой применяются правила Кирхгофа:

1. Алгебраическая сумма токов сходящихся в узле разветвления равна нулю å I_i = 0;

2. В замкнутом контуре разветвленной цепи алгебраическая сумма электродвижущих сил источников тока равна алгебраической сумме произведений сил тока на сопротивления соответствующих участков этого контура.

åe_i = åI_iR_i.

Дата добавления: 2014-12-25