Лабораторна робота № 3.2

Визначення опору провідників за допомогою

містка Уітстона

Мета роботи: 1) визначити опори провідників; 2) перевірити справедливість законів послідовного і паралельного сполучення опорів.

Теоретичні відомості

(Теорія до даної роботи описана в лекційному курсі (інтерактивного комплексу Ч І)§3.10-3.12)

Важливою характеристикою провідника є його опір. Опір провідника характеризує здатність провідника перешкоджати проходженню по ньому струму за рахунок перетворення енергії струму у внутрішню енергію провідника. Одиницею вимірювання опору є Ом. Один Ом це опір такого провідника, по якому протікає струм силою 1А при прикладеній напрузі 1В. Електричний опір провідника залежить від його геометричних розмірів і матеріалу, з якого виготовлений провідник

,

де – довжина провідника, – площа його поперечного перерізу, – питомий опір провідника, який залежить від матеріалу, з якого виготовлений провідник, і його температури.

Закон Ома для однорідної ділянки кола: сила струму в провіднику прямо пропорційна прикладеній напрузі і обернено пропорційна опору провідника.

,

де – електричний опір провідника, U – напруга.

Для розрахунку складних розгалужених електричних кіл зручно користуватись законами Кірхгофа, які є наслідками закону збереження електричного заряду і законів Ома.

Правила Кірхгофа:

1. Алгебраїчна сума сил струмів, які сходяться у вузлі, дорівнює нулю (струми, які входять у вузли, беруться зі знаком плюс, а які виходять – зі знаком мінус; вузол – точка, в якій сходяться три або більше провідники). . (4)

2. У довільному замкненому контурі алгебраїчна сума добутків сил струмів і опорів на всіх ділянках контура дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних сил у цьому контурі . (5)

Правило знаків: для струмів, напрямки яких співпадають з умовно вибраним напрямком обходу контура, добуток береться зі знаком “+”, у протилежному випадку – зі знаком “–”. Якщо при обході контура в середині джерела струму рухаємось від “–” до “+”, тобто в напрямку підвищення потенціалу, то е.р.с. даного джерела записуємо зі знаком “+”. У протилежному випадку ставлять знак “–”.

Опис установки та вивід робочої формули

В даній роботі використовується досить точний метод визначення електричного опору за допомогою містка Уітстона, електричну схему якого зображено на рис. 1, де – реохорд; – магазин опорів; – невідомий опір; – додатковий змінний опір, який обмежує струм через нуль-гальванометр ; , і – ключі.

Реохорд – це дротину однакового поперечного перерізу. По реохорду можна переміщувати ковзний контакт (точка D). Його положення визначається по лінійці, яка натягнута вздовж реохорда. Положення ковзного контакту, при якому струм через гальванометр не протікає (місток збалансований) означає, що потенціали точок С і D однакові, тобто , , де через позначено різниці потенціалів між відповідними точками електричного кола. Враховуючи, що , , та отримаємо

, (1)

. (2)

У випадку коли місток збалансований , . Поділивши почленно (1) на (2) отримаємо , (3)

звідки . (4)

Оскільки дротина АВ однорідна і однакового поперечного перерізу, то відношення опорів можна замінити відношенням відповідних довжин реохорда i . Тоді (4) перепишемо у вигляді: . (5)

Вираз (5) використовується як робоча формула для визначення опору .

Хід роботи

1. Під’єднати в електричне коло в якості невідомого опору R_x резистор R _I.

2. Ввімкнути опір – розімкнувши ключ .

3. Встановити ковзний контакт на середині реохорда.

4. Замкнути ключ .

5. Замкнути ключ і, змінюючи опір , добитися грубого балансу містка (показ нуль-гальванометра близький до нуля).

6. Вимкнути опір (замкнувши ключ ) і, змінюючи опір , добитися точного балансу містка.

7. Не змінюючи положення ковзного контакту, зміною опору розбалансувати міст і знову його збалансувати. Записати слідуюче значення в таблицю. Загальна кількість вимірювань має становити не менше трьох.

8. Вимірювання провести окремо для двох невідомих опорів (R _I та R _II), їх послідовного і паралельного з’єднань.

9. Обчислити за робочою формулою (5) невідомі опори .

10. Оцінити паспортні приладові похибки та похибки табличних величин.

11. На основі отриманих значень R _I та R _IІ перевірити формули для послідовного () і паралельного () з’єднань опорів. Зробити висновок.

12. Обчислити відносну і абсолютну похибки, записати кінцевий результат.

.

Результати вимірювань

Опір	№	,	,
R I
Ср.
R II
Ср.
R I і R II послідовно
Ср.
R I і R II паралельно
Ср.

Контрольні запитання

1. Сформулювати і записати закон Ома для повного кола, неоднорідної та однорідної ділянки кола.

2. Сформулювати правила Кірхгофа і записати їх для містка Уітстона.

3. Чому відношення опорів плечей реохорда можна замінити відношенням довжин відрізків дротини реохорда?

4. Що називають питомою електропровідністю провідника?

5. Що таке електричний струм? Сформулюйте умови існування електричного струму.

6. Яку перевагу має метод вимірювання опору містком Уітстона в порівнянні з методом амперметра і вольтметра?

Дата добавления: 2015-05-24