Главная страница
Навигация по странице:

лаба 2.3. лаба 2. Экспериментальная часть методы измерений
Скачать 1.43 Mb.
Название Экспериментальная часть методы измерений
Анкор лаба 2.3.doc
Дата 18.02.2018
Размер 1.43 Mb.
Формат файла doc
Имя файла лаба 2.3.doc
Тип Документы
#16795

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Методы измерений
В работе реализуют три метода измерения сопротивления проводника:

1) технический метод – по измеренным значениям тока и напряжения;

2) с использованием омметра;

3) с помощью моста Уитстона.

Технический метод можно осуществить по схеме рис. 5. При этом точно измеряется ток I через сопротивление R и суммарное напряжение

.

Это позволяет рассчитать неизвестное сопротивление R, если известно сопротивление амперметра :

. (25)

Использование омметра является наиболее простым методом: достаточно подключить измеряемое сопротивление к входам омметра.



Рис. 5. Электрическая схема:

1 – регулируемый источник постоянного напряжения «0…+15 В»;

2 – мультиметр (режим , входы

COM, );

3 – мультиметр (режим , входы

COM, mA);

4 – миниблок «Сопротивление проводника» с сопротивлением R
В основе работы омметров обычно лежит приближенный технический метод: шкалу прибора градуируют с использованием формулы (25) при фиксированном напряжении U батареи элементов. Этот метод используют, когда не нужна высокая точность измерений.

Наиболее точным является метод измерений с помощью моста постоянного тока. Измерительные мосты – это высокоточные приборы, предназначенные для измерения электрических сопротивлений, емкостей, индуктивностей и других параметров методом уравновешенных мостовых цепей. На рис. 6 приведена схема простейшего моста Уитстона, который используется для измерения величин сопротивлений.



Рис. 6. Электрическая схема простейшего моста Уитстона:

1 – магазин сопротивлений с сопротивлением ; 2 – миниблок «Сопротивление проводника» с сопротивлением R; 3 – мультиметр (режим , входы COM, mA); 4 – миниблок «Сопротивление» с сопротивлением ; 5 – миниблок «Сопротивление» с сопротивлением ; 6 – миниблок «Сопротивление» с сопротивлением ; 7 – источник стабилизированного постоянного напряжения «+15 В»
Подбирая значение сопротивления , добиваются равенства потенциалов точек и , при этом ток , текущий через амперметр, обращается в нуль. В таком уравновешенном состоянии для моста можно записать:

.

Используя эти соотношения, получаем расчетную формулу

. (26)

Для ограничения тока, протекающего через мост, используют ограничительное сопротивление .

2. Описание экспериментальной установки
2.1. Технический метод и метод измерения с помощью омметра
Электрическая схема технического метода показана на рис. 5, монтажная – на рис. 7.



Рис. 7. Монтажная схема: 2,3,4 – см. на рис. 5
2.2. Метод измерения с помощью моста Уитстона
Электрическая схема моста Уитстона показана на рис. 6, монтажная – на рис. 8.


Рис. 8. Монтажная схема: 1, 2, 3, 4, 5, 6 – см. рис. 6

3. Выполнение измерений
Технический метод
1. Соберите электрическую цепь (см. рис. 5) по монтажной схеме, приведенной на рис. 7.

2. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжений и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка».

3. Кнопками установки напряжения «0…15 В» установите ток . Значения тока и напряжения запишите в таблицу.

4. Проведите аналогичные измерения, увеличивая ток на до .

5. Выключите кнопкой «Сеть» питание блока генераторов напряжений.
Таблица. Значения сопротивления миниблока «Сопротивление проводника», измеренные разными методами.

Геометрические параметры проводника

Технический метод
Измерение

омметром
Мостовой метод




























































Среднее

сопротивление








Измерение омметром
6. Подключите омметр к миниблоку «Сопротивление проводника». В качестве омметра используют мультиметр: режим Ω 200 Ом, входы COM, VΩ.

7. Установите требуемый режим измерения.

8. Запишите показания прибора в таблицу.

Измерение мостом Уитстона
9. Соберите монтажную схему (см. рис. 8) по схеме (см. рис. 6).

10. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжений и блока мультиметров. Нажмите кнопку «Исходная установка».

11. Установите все декады магазина сопротивлений в нулевое положение.

12. Подберите такое сопротивление магазина , при котором показания амперметра будут находиться вблизи нуля:

а) начните с декады с наибольшим сопротивлением;

б) увеличьте сопротивление декады на одно значение;

в) если ток, текущий через амперметр, уменьшился, но не изменил знак, то продолжайте увеличивать сопротивление декады;

г) как только знак тока изменился на противоположный, то это значит, что сопротивление магазина стало больше сопротивления исследуемого проводника и переключатель следует вернуть в предыдущее положение, после чего перейти к подбору сопротивления следующей декады;

д) подбирайте сопротивление на декадах магазина до тех пор, пока показание амперметра не будет равно нулю;

е) увеличьте чувствительность мультиметра, переведя его в режим , и вновь добейтесь магазином сопротивлений того, чтобы показания мультиметра (амперметра) стали равными нулю;

ж) добейтесь того же самого при наибольшей чувствительности мультиметра (режим ) и после этого показание магазина запишите в таблицу.

13. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.

4. Обработка результатов измерений
1. Рассчитайте сопротивление проводника R при техническом методе измерения (см. формулы (24) и (25)):



Значение сопротивления мультиметра в режиме написано на стенде рядом с мультиметром.

Результаты расчетов запишите в таблицу.

2. Вычислите по формуле (26) сопротивление проводника R, измеряемого с помощью моста:

.

Результат с точностью до трех значащих цифр запишите в таблицу.

3. Рассчитайте по формуле (22) удельное сопротивление проводника:

,

используя значение R, полученное наиболее точным методом – мостовым.

Определите материал проводника, сравнив полученное значение ρ с табличными значениями для проводников. По полученным результатам сделайте вывод, не забудьте указать источник справочной информации.

4. Оцените погрешности измеренных величин:

а) в техническом методе по разбросу полученных значений:

.

б) для омметра ;

в) при использовании моста погрешность составляет 0,5 единицы последнего записанного разряда числа; например, для результата измерений величина и соответствующая ей .

5. В выводе по работе сравните результаты, полученные различными методами измерений, и сопоставьте точность этих методов.


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

для самостоятельной подготовки

к выполнению лабораторной работы


  1. Что называется электрическим током в проводнике?




  1. Какой ток называется постоянным?




  1. Дайте определение силы тока .




  1. В каких единицах измеряется сила тока в системе СИ? Единица измерения силы тока в этой системе является основной или производной?




  1. Дайте определение плотности тока .




  1. В каких единицах измеряется плотность тока ?




  1. Как с помощью плотности тока находится сила тока в проводнике с площадью поперечного сечения S?




  1. Какие заряженные частицы являются носителями тока в металлическом проводнике?




  1. Чем обусловлено сопротивление движению носителей тока в металлическом проводнике?




  1. Запишите формулу, связывающую скорость упорядоченного движения электрона с напряженностью электрического поля в проводнике.




  1. Дайте определение подвижности носителя тока (электрона) в металлическом проводнике.




  1. В каких единицах измеряется подвижность носителей тока ?




  1. Запишите формулу закона Ома в дифференциальной форме для проводника.




  1. Что называется удельной электрической проводимостью проводника?




  1. В каких единицах измеряется удельная электропроводность?




  1. Запишите формулу зависимости удельной электропроводности металлического проводника от заряда носителей тока , концентрации носителей тока и их подвижности .

  2. Электрической поле постоянного тока является потенциальным или нет?




  1. Запишите формулу закона Ома для участка цепи, не содержащего электродвижущей силы (закон Ома в интегральной форме).




  1. Запишите формулу зависимости электрического сопротивления участка цепи, представляющего собой однородный цилиндрический проводник, от его размеров и свойств.




  1. В каких единицах измеряется электрическое сопротивление ?




  1. Что называется электрической проводимостью проводника ?




  1. В каких единицах измеряется электрическая проводимость ?




  1. Запишите формулу, связывающую удельное сопротивление проводника с его удельной электропроводностью .




  1. В каких единицах измеряется удельное сопротивление ?




  1. Назовите методы измерений сопротивления проводника, используемые в данной работе.




  1. Запишите формулы для определения сопротивления проводника в техническом методе. Какие величины непосредственно измеряют в этом методе?




  1. Какой метод лежит в основе работы омметра?




  1. Сформулируйте условие равновесия моста Уитстона и на его основе получите формулу для расчета измеряемого сопротивления ?




  1. Какие из используемых в работе методов являются более точными, а какие – менее точными?


ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ



  1. Перед сборкой цепи проверьте, чтобы все приборы на рабочем столе были выключены.

  2. При сборке цепи используйте провода с исправной изоляцией. Подключая приборы, проверяйте соблюдение норм нагрузки (рабочее напряжение конденсатора, максимальный ток для катушек индуктивности и т.п.).

  3. Сборку электрической цепи ведите по контурам, начиная с основного (содержащего источник питания); мультиметр, образующий вспомогательный контур, подключайте в последнюю очередь.

  4. Только после проверки цепи преподавателем можно включать источники питания.

  5. Для проведения любых переключений в цепи необходимо отключить источник питания, чтобы избежать короткого замыкания участка цепи,

  6. В подключенной к источнику напряжения цепи не касайтесь неизолированных металлических контактов.

  7. Отключайте питание по окончании измерений.

  8. Перед разработкой цепи проверьте, чтобы все приборы на рабочем столе были выключены.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК




  1. Савельев, И.В. Курс общей физики В 3 т. Т. 2 / И.В. Савельев. – М.: Наука, 1988

  2. Иродов, И.Е. Электромагнетизм. Основные законы В 5 т. Т. 3 / И.Е. Иродов. – М.– СПб: Физматлит, 2001.

  3. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.; Высш. шк. 1990.

  4. Волков, В.Н. Физика В 3 т. Т. 2 / В.Н. Волков, Г.И. Рыбакова, М.Н. Шипко; Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 1993.

  5. Крылов, И.А. Физические основы электромагнитных процессов в технических средствах автоматизации: учеб. пособие /И.А. Крылов; Иван. гос. энерг. ун.-т. – Иваново, 2004.


Определение удельного сопротивления проводника
Методические указания по самостоятельной подготовке студентов

к выполнению лабораторной работы № 2.3ст

по электромагнетизму
Составитель Крылов Игорь Александрович
Редактор Н.Б.Михалева
Компьютерная верстка Н.В. Абрамовой

Подписано в печать Формат 60х841/16

Печать плоская. Усл.печ.л. 1,16 Тираж 100 экз. Заказ
ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический

университет им. Ленина»

153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34

Отпечатано в УИУНЛ ИГЭУ
написать администратору сайта