• Цель работы
  • Краткая теория
  • Описание мостика Уитстона
  • Порядок выполнения работы
  • Обработка результатов
  • Вопросы по подготовке к отчету по работе Вариант №1

  • Скачать 73.63 Kb.


    Дата25.05.2017
    Размер73.63 Kb.
    ТипЛабораторная работа

    Скачать 73.63 Kb.

    Определение сопротивления проводников мостиком Уитстона Приборы и материалы



    Лабораторная работа 7
    Определение сопротивления проводников мостиком Уитстона
    Приборы и материалы

    1. Источник тока.

    2. Реохорд.

    3. Магазин сопротивлений.

    4. Два неизвестных сопротивления.

    5. Нуль – гальванометр.

    6. Проводники.


    Цель работы: ознакомиться с классическим методом измерения сопротивления при помощи мостиковой схемы. Проверить законы последовательного и параллельного соединения проводников.
    Краткая теория
    Сопротивление, которое оказывает однородный проводник проходящему по нему постоянному току, пропорционально удельному сопротивлению вещества проводника , его длине l и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника.

    . (1)

    Разветвленная цепь характеризуется силами токов, идущих по ее участкам, сопротивлениями и э.д.с. источников, включенных в эти участки. Все эти величины связаны между собой, и по одним из них могут быть найдены другие. Для расчета разветвленных электрических цепей применяются правила Кирхгофа.



    Первое правило Кирхгофа относится к узлам, т. е. к точкам, в которых сходится не меньше трех проводников. Оно читается так: алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю; или сумма токов, подходящих к узлу, равна сумме токов, отходящих от узла.

    . (2)

    Второе правило Кирхгофа применяется к замкнутым контурам, и его можно сформулировать следующим образом: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной цепи проводников, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с., встречающихся в этом контуре:

    . (3)
    Описание мостика Уитстона
    Одним из наиболее распространенных способов измерения сопротивления проводников является метод мостика Уитстона, составляемого по схеме, изображенной на рис. 1.

    Г

    В



    Ir

    Rx R0

    Rг

    Ix I0


    I1 I2

    А R1 R2 С

    l1 Д l2

    I I

    +  К

    r

    Рис. 1. Схема мостика Уитстона


    Четыре последовательно соединенных сопротивления, образуют контур АВСДА. В одну из ветвей – ВД - включается гальванометр Г, в другую - источник тока.

    Измеряемое сопротивление Rх образует ветвь АВ, а в ветвь ВС включается магазин сопротивлений R0. Ветви АД и ДС (сопротивления R1 и R2) образуются реохордом. По реохорду перемещается скользящий контакт Д, который позволяет изменять соотношение между сопротивлениями R1 и R2. Ток, протекающий через гальванометр, зависит от сопротивлений Rх, R0, R1, R2.

    При произвольном положении контакта Д через гальванометр будет идти ток, но, перемещая контакт Д, можно найти такое его положение на реохорде, при котором этот ток станет равным нулю. В этом случае говорят о «балансе» моста. При «балансе» разность потенциалов между точками В и Д равна нулю. Применяя при «балансе» моста (IГ =0) к контурам АВДА и ВСДВ второе правило Кирхгофа, можно записать для контура АВДА:

    IxRx+IГRГ-I1R1=0, тогда IxRx=I1R1 , (4)

    для контура ВСДВ:



    I0R0-I2R2-IГRГ=0, т. е. I0R0=I2R2 . (5)

    Поделив (4) на (5), и учитывая, что при «балансе» Ix=I0, I1=I2 , получим



    (6)

    При условии, что проволока реохорда АС имеет одинаковую толщину, отношение R1 / R2 можно заменить отношением длин l1 /l2 .

    Действительно, подставляя в (6) сопротивления

    и ,

    будем иметь или . (7)

    Все величины, входящие в формулу (7), определяются из опыта, после чего подсчитывается неизвестное сопротивление проводника.
    Порядок выполнения работы


    1. Собрать схему, как показано на рис. 1. Источник тока включить лишь после проверки схемы преподавателем.

    2. Для сопротивления № 1 при трех различных значениях известного сопротивления R0, указанных в таблице, измерить плечи реохорда l1 и l2. Для этого передвижением движка Д по реохорду добиться отсутствия тока в гальванометре. После этого произвести отсчет длины плеч l1 и l2.

    Для сопротивления № 2 при трех различных значениях сопротивления R0 также как в пункте 2, измерить длины плеч l1 и l2.



    1. Включить последовательно сопротивления № 1 и № 2, определить их общее сопротивление при трех различных значениях известного сопротивления.

    2. Включить сопротивления № 1 и № 2 параллельно и определить 3 раза их общее сопротивление при параллельном включении.

    3. Результаты измерений занести в таблицу.

    Таблица
    Необходимые данные для определения неизвестного сопротивления






    № изм.

    R0, Ом

    l1 , см

    l2 , см

    Rх, , Ом

    , Ом



    <>

    Сопрот.

    № 1


    1

    2

    3



    10

    12

    14





















    Среднее значение













    Сопрот.

    № 2


    1

    2

    3



    18

    20

    22





















    Среднее значение













    Сопрот. № 1и 2

    послед.


    1

    2

    3



    30

    35

    40





















    Среднее значение













    Сопрот.

    № 1и 2


    параллельно

    1

    2

    3



    8

    10

    12





















    Среднее значение














    Обработка результатов


    1. По формуле (7) для каждого из проделанных измерений вычислить сопротивления № 1 и № 2.

    2. Найти среднее значение неизвестных сопротивлений R1 и R2.

    3. По формуле (7) для каждого из проделанных измерений вычислить сопротивления для случаев последовательного и параллельного соединения проводников.

    4. Найти средние значения последовательного и параллельного соединений сопротивлений. Результаты занести в таблицу.

    5. Проверить, выполняются ли соотношения:

    <Rпосл.>=1>+2> (8)

    , (9)

    для чего по формулам (8) и (9) рассчитать значения <R посл>, <R пар >, а затем сравнить расчетные величины с измеренными.



    1. Вычислить абсолютную погрешность для каждого измерения:

    .

    Найти среднее значение для всех сопротивлений .



    1. Вычислить относительную погрешность измерения всех сопротивлений

    E= .

    1. Для всех измеренных сопротивлений результаты записать в виде:

    , Ом.
    Вопросы по подготовке к отчету по работе
    Вариант №1


    1. Что называется электрическим током?

    2. Какой электрический ток называется постоянным?

    3. Можно ли грозовое облако назвать электрическим током?

    4. От чего зависит сопротивление проводника?

    5. Что называется силой тока?

    6. Физический смысл удельного сопротивления.

    7. Нарисуйте схему мостика Уитстона. Поясните.

    8. Выведите расчетную формулу (7).

    9. Сформулируйте первое правило Кирхгофа.

    10. Чему равно общее сопротивление при последовательном соединении проводников?


    Вариант №2


    1. Как объяснить «баланс» моста Уитстона?

    2. Что называется узлом разветвленной цепи?

    3. Объясните значение реохорда.

    4. Чему равно общее сопротивление при параллельном соединении проводников?

    5. Сформулируйте второе правило Кирхгофа.

    6. Как зависит сопротивление проводника от температуры? Формула.

    7. Чем обусловлено сопротивление проводника?

    8. Дайте определение единице сопротивления - Ом.

    9. В каких единицах измеряется удельное сопротивление в СИ?

    10. Что такое сверхпроводимость?


    Вариант №3
    1. Для чего в данной работе служит гальванометр?

    2. Покажите на схеме мостика Уитстона узлы токов.

    3. В каком случае ток, проходящий через гальванометр, равен нулю?

    4. Что такое разность потенциалов?

    5. Дайте определение закона Ома для участка цепи.

    6. В каких единицах измеряется разность потенциалов?

    7. Что такое проводник электрического тока?

    8. В чем заключается суть проверки законов последовательного и параллельного соединения проводников?

    9. Как можно измерить сопротивление с помощью амперметра и вольтметра?

    10.Запишите закон Ома в дифференциальной форме.



    Литература


    1. Грабовский Р. И. Курс физики. 6-е изд. - СПб.: Издательство “Лань”, 2002. – 608 с. С. 282 – 293.

    2. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Курс физики - М., 1974



    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Определение сопротивления проводников мостиком Уитстона Приборы и материалы

    Скачать 73.63 Kb.